(57)【要約】【課題】本発明は、光導波路構造の全反射信号の伝送技術を利用し、より簡単な半導体製造工程により送信端モジュールまたは受信端モジュールを製造することができる。【解決手段】本発明は、電気信号または光信号に対する変換および伝送に応用する、光導波路構造を有する信号伝送モジュールであって、半導体基板と、第１膜層と、電気信号伝送デバイスと、光電気信号変換デバイスと、第２膜層と、光導波路構造と、を含む信号伝送モジュールである。その中、光電気信号変換デバイスは、電気信号または光信号を対応光信号または対応電気信号に変換する。光導波路構造のリフレクタの位置は、光電気信号変換デバイスに対応する。また、対応光信号は、第１膜層と、半導体基板と、第２膜層とを通り抜け、光導波路構造に入って伝送され、または光信号は逆方向で伝送されて光電気信号変換デバイスにより受信され対応電気信号に変換される。【選択図】  図２a
2011248361.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの電気信号または光信号に対する変換および伝送に応用する信号伝送モジュールであって、
半導体基板と、
該半導体基板の第１表面に形成され、電気絶縁を提供する第１膜層と、
該第１表面に形成され、対応電気信号を伝送する電気信号伝送デバイスと、
該電気信号伝送デバイス上に配置されると共に、該電気信号伝送デバイスに電気的に接続され、該電気信号を受信して対応光信号に変換し、または該光信号を受信して対応電気信号に変換する少なくとも１つの光電気信号変換デバイスと、
該半導体基板の第２表面に形成される第２膜層と、
該第２膜層上に形成される少なくとも１つの第１光導波路構造と、を含み、
該第１光導波路構造は、リフレクタと光導波路構造本体とを含み、該リフレクタは、該第１光導波路構造の第１端部に位置され、かつ該リフレクタの位置は該光電気信号変換デバイスに対応し、
該対応光信号は、該第１膜層と、該半導体基板と、該第２膜層とを通り抜け、該第１光導波路構造の第１端部に入り、該リフレクタにより反射され該光導波路構造本体に入って伝送され、または該光信号は、該光導波路構造の第２端部から該光導波路構造本体に入り、該リフレクタにより反射され該第１光導波路構造の第１端部から該第２膜層と、該半導体基板と、該第１膜層とを通り抜け、該光電気信号変換デバイスにより受信され、該対応電気信号に変換され、該電気信号伝送デバイスにより該電気信号が伝送されることを特徴とする信号伝送モジュール。
【請求項２】
該半導体基板は、両面研磨の単結晶シリコン基板であり、該第１膜層と該第２膜層は、誘電体膜層であることを特徴とする請求項１に記載の信号伝送モジュール。
【請求項３】
該信号伝送モジュールは、プリント基板に電気的に接続されるように該プリント基板上に配置され、該プリント基板は該電気信号を該信号伝送モジュールへ提供し、または該信号伝送モジュールは該対応電気信号を該プリント基板へ出力することを特徴とする請求項１に記載の信号伝送モジュール。
【請求項４】
該電気信号伝送デバイスは、金属材料であり、
該光電気信号変換デバイスの放熱を手助けするように該電気信号伝送デバイスの一部が該光電気信号変換デバイスに接触していることを特徴とする請求項１に記載の信号伝送モジュール。
【請求項５】
該第１光導波路構造は、シリコン材質であり、
該リフレクタと該第２膜層とは４５度の夾角をなし、
該リフレクタは、半導体エッチング法により形成され、
該光信号または該対応光信号は、全反射方式で該光導波路構造本体中において伝送されることを特徴とする請求項１に記載の信号伝送モジュール。
【請求項６】
該第１光導波路構造の第２端部は、光ファイバーまたはプリント基板の第２光導波路構造に接続されることを特徴とする請求項１に記載の信号伝送モジュール。
【請求項７】
該第１光導波路構造の第２端部には、第３膜層が形成され、
該第１膜層、該第２膜層または該第３膜層は、単層膜または多層膜であり、反射防止かつ透過率向上を提供すると共に、波長、入射角度または低偏光依存性に対する公差許容値を向上することを特徴とする請求項１に記載の信号伝送モジュール。
【請求項８】
該信号伝送モジュールは、少なくとも１つの送信端モジュールを含み、
該光電気信号変換デバイスは、光源デバイスであり、該光源デバイスは、発光ダイオード、半導体レーザーまたは縦型空洞表面放出レーザーであることを特徴とする請求項１に記載の信号伝送モジュール。
【請求項９】
該送信端モジュールは、駆動回路を含み、
該駆動回路は、該第１膜層、該電気信号伝送デバイス、またはプリント基板上に配置されると共に、該電気信号伝送デバイスに電気的に接続され、該光源デバイスを駆動し該対応光信号を発生させることを特徴とする請求項８に記載の信号伝送モジュール。
【請求項１０】
該信号伝送モジュールは、少なくとも１つの受信端モジュールを含み、
該光電気信号変換デバイスは、光検出デバイスであり、該光検出デバイスは、光受信ダイオードまたは光学的受信器であることを特徴とする請求項１に記載の信号伝送モジュール。
【請求項１１】
該受信端モジュールは、トランスインピーダンス増幅回路を含み、該トランスインピーダンス増幅回路は、該第１膜層、該電気信号伝送デバイス、またはプリント基板上に配置されると共に、該電気信号伝送デバイスに電気的に接続され、該対応電気信号を増幅してから出力することを特徴とする請求項１０に記載の信号伝送モジュール。
【請求項１２】
該信号伝送モジュールは、少なくとも該送信端モジュールと該受信端モジュールとを含むことを特徴とする請求項８〜１１のいずれかに記載の信号伝送モジュール。
【請求項１３】
少なくとも１つの電気信号または光信号に対する変換および伝送に応用する信号伝送モジュールであって、
半導体基板と、
該半導体基板の第１表面に形成され、反射防止を提供する第１膜層と、
該第１膜層に隣接するように該半導体基板の第１表面に配置される制御回路と、
該第１膜層に対応するように該制御回路上に配置されると共に、該制御回路に電気的に接続され、該電気信号を受信して対応光信号に変換し、または該光信号を受信して対応電気信号に変換する少なくとも１つの光電気信号変換デバイスと、
該半導体基板の第２表面に形成される第２膜層と、
該第２膜層上に形成される少なくとも１つの光導波路構造と、を含み、
該光導波路構造は、リフレクタと光導波路構造本体とを含み、該リフレクタは、該光導波路構造の第１端部に位置され、かつ該リフレクタの位置は該光電気信号変換デバイスに対応し、
該制御回路は、演算機能を持ち、
該対応光信号は、該第１膜層と、該半導体基板と、該第２膜層とを通り抜け、該光導波路構造の第１端部に入り、該リフレクタにより反射され該光導波路構造本体に入って伝送され、または該光信号は、該光導波路構造の第２端部より該光導波路構造本体に入り、該リフレクタにより反射され該光導波路構造の第１端部より該第２膜層と、該半導体基板と、該第１膜層とを通り抜け、該光電気信号変換デバイスにより受信され、該対応電気信号に変換されることを特徴とする信号伝送モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光導波路構造を有する信号伝送モジュールに関し、特に光導波路構造を用いて全反射信号伝送を行い、光／電気信号の変換や伝送に応用する送信端モジュール、受信端モジュールまたは送受信モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
電気信号を伝送するまたは電子装置を接続する場合は一般的に便利かつ安価な銅質材料の電線またはケーブルが用いられる。また、デジタル通信に用いられる高性能電子システムにおいて、プロセッサの数が多くなるだけでなく、信号の処理速度も速くなるため、信号または情報の伝送品質と速度もより重要になる。しかし、金属線によりシステム内のプロセッサやチップを接続することは、伝送、発送および受信の速度を制限する。
【０００３】
一方、光学接続は、伝送線路の材料性質による影響を受けにくく、高い帯域幅容量と高速な伝送効果が得られるため、電子接続の代わりに光接続を利用する技術が重要になっている。発光ダイオード（ＬＥＤ）と半導体レーザーの技術が発展する中、光を媒介として信号を伝送する方式が開発された。主に電気−光カプラにより、電気−光信号または光-電気信号の変換、送信および受信を完成する。電気−光カプラは、主に光信号を提供する送信器または光源デバイスと、光信号を受信する受信器または光検出デバイスと、送信または受信した信号を増幅する信号増幅器とを含む。送信器および受信器は、通常一つのパッケージに統合される。パッケージの内部には、光ビーム以外、電気または実体接続のいずれも存在しない。したがって、電気−光カプラは信号の入力および出力において有効な隔離作用を持ち、かつ良い電気絶縁能力および干渉防止能力を有する。
【０００４】
特許文献１には、電気−光カプラが開示されている。図１aは、結合装置１０１を示す断面概略図である。図１aに示すように、半導体基板１０３内でトレンチ構造１０５が形成され、トレンチ構造１０５の一端部には、斜めのリフレクタ１０７が定義される。光ファイバー１０９は、トレンチ構造１０５のもう一端部に配置されまたは取り付けられる。また、光デバイス１１１は、リフレクタ１０７に対応するように、半導体基板１０３上に配置される。図１aに示す構造において、上記光デバイス１１１は、光信号を発する光源や光信号を受信する受信器であり、光デバイス１１１と光ファイバー１０９とが結合するよう、光線がリフレクタ１０７により反射される。
以上のように、信号伝送の部分について、半導体基板１０３は、バンプ１２３を用いてプリント基板１１５上に配置されると共に、引き続きコンタクト１１７に電気的に接続される。また、回路１２５は、半導体基板１２７に含まれ、コンタクト１３１により半導体基板１０３上に配置されている。上記回路１２５は、電気的に接続されている場合、上記光デバイス１１１を駆動または制御することができる。コンタクト１１７から入った電気信号１１９は、上記光デバイス１１１により光信号１１３に変換され、上記リフレクタ１０７により反射されると、上記光ファイバー１０９から出力される。または、上記光ファイバー１０９から受信した光信号１１３は、上記リフレクタ１０７により反射され、また上記光デバイス１１１で受信されると、電気信号１１９に変換され、上記コンタクト１１７において出力される。電気絶縁性や干渉防止を実現するために、関連デバイスをリッド１３３で囲む。
【０００５】
さらに、結合装置１０１は、複数の光ファイバー１０９や、トレンチ構造１０５、リフレクタ１０７、光デバイス１１１等の結合構造を含むことができる。図１bに示すように、構造が類似または同様の結合装置１０１ａ、１０１ｂは、複数の上記結合構造を含み、２本の光ファイバー１０９ａ、１０９ｂを介して、実体接続および信号伝送接続を完成する。
【０００６】
しかし、上記光学的結合構造の設計において、トレンチ構造は、製造工程が複雑であるため、半導体基板内に形成することが困難である。また、関連デバイスのサイズが比較的に小さいという条件下では、光ファイバーを取り付けるかまたはトレンチ構造内に埋め込むことがさらに難しく、誤差が生じやすいため、光信号が光ファイバーまたは光デバイスに正確に反射されず、光学的信号の伝送に対して影響を与える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】美国特許第７３０６３７８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、光導波路構造を有する信号伝送モジュールを提供することにある。光導波路構造の全反射信号の伝送技術を利用し、より簡単な半導体製造工程により送信端モジュールまたは受信端モジュールを製造することができると共に、従来技術において光ファイバーを精密に取り付ける時の困難と不便を防止し、取り付け誤差による光信号伝送の正確性の問題を減らすことができる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、少なくとも１つの電気信号または光信号に対する変換および伝送に応用する信号伝送モジュールであって、半導体基板と、半導体基板の両側にある第１膜層と第２膜層と、電気信号伝送デバイスと、光電気信号変換デバイスと、第１光導波路構造と、を含む信号伝送モジュールである。その中、光電気信号変換デバイスは、電気信号または光信号を対応光信号または対応電気信号に変換し、また光導波路構造は、光電気信号変換デバイスの位置に対応するリフレクタを含み、対応光信号は、第１膜層と、半導体基板と、第２膜層とを通り抜け、リフレクタにより反射されて光導波路構造本体に入って伝送され、または光信号は逆方向で伝送されて光電気信号変換デバイスにより受信され対応電気信号に変換される。
本発明に係る信号伝送モジュールは、少なくとも送信端モジュールまたは受信端モジュールを含む。
【００１０】
また、本発明は、少なくとも１つの電気信号または光信号に対する伝送および変換に応用する信号伝送モジュールであって、半導体基板と、半導体基板の両側にある第１膜層と第２膜層と、制御回路と、少なくとも１つの光電気信号変換デバイスと、光導波路構造と、を含む信号伝送モジュールである。光電気信号変換デバイスは、第１膜層に対応するように制御回路に配置され、電気信号を受信して対応光信号に変換し、または該光信号を受信して対応電気信号に変換する。制御回路は、第１膜層に隣接するように半導体基板の第１表面に配置される。制御回路は駆動回路であって良く、光電気信号変換デバイスが電気信号を対応光信号に変換するよう駆動する。また、制御回路は、トランスインピーダンス増幅回路であっても良く、光電気信号変換デバイスからの対応電気信号を増幅して出力する。光導波路構造は、該第２膜層上に形成され、リフレクタと光導波路構造本体と含み、リフレクタは、光導波路構造の第１端部に位置され、かつその位置は光電気信号変換デバイスに対応する。該制御回路は、演算機能を持ち、また対応光信号は、第１膜層と、半導体基板と、第２膜層とを通り抜け、光導波路構造の第１端部に入り、リフレクタにより反射され光導波路構造本体に入って伝送され、または光信号は、逆方向で伝送されて光電気信号変換デバイスにより受信され対応電気信号に変換される。
本発明をより深く理解してもらうため、以下の図面に基づいて説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１ａ】図１aは、結合装置１０１を示す断面概略図である。
【図１ｂ】図１bは、結合装置１０１ａ、１０１ｂが光ファイバー１０９ａ、１０９ｂを介して、実体接続および信号伝送接続を完成する構造を示す概略図である。
【図２ａ】図２aは、本発明の送信端モジュール２を示す断面概略図である。
【図２ｂ】図２bは、光信号２８の反射および伝送を示す概略図である。
【図３ａ】図３aは、光導波路構造２６の第２端部２６２を示す断面概略図である。
【図３ｂ】図３bは、光導波路構造２６が第２膜層２２上に配置される構造を示す立体概略図である。
【図４】図４は、本発明の送信端モジュールを示す立体概略図である。
【図５】図５は、本発明の受信端モジュール３を示す断面概略図である。
【図６】図６は、送信端モジュール２と受信端モジュール３とが接続される応用を示す概略図である。
【図７ａ】図７aは、送信端モジュール２ａを示す断面概略図である。
【図７ｂ】図７bは、送信端モジュール２ｂを示す断面概略図である。
【図７ｃ】図７cは、送信端モジュール２ｃがプリント基板４０上に配置される構造を示す概略図である。
【図７ｄ】図７dは、送信端モジュール２ｃがプリント基板４０上に配置される構造を示す概略図である。
【図８ａ】図８aは、送信端モジュール２ｄを示す断面概略図である。
【図８ｂ】図８bは、光ファイバー６３のもう一端部とアダプター７０とが結合する構造を示す概略図である。
【図８ｃ】図８cは、アダプター７０を対応する伝送インターフェース７１に接続する構造を示す概略図である。
【図９】図９は、送信端モジュール２と光ファイバー６６とを接続する応用を示す概略図である。
【図１０ａ】図１０aは、送信端モジュール２と受信端モジュール３とを接続する応用を示す概略図である。
【図１０ｂ】図１０bは、送信端モジュール２とチップ９１との信号伝送を実現する応用を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明が提供する電気−光カプラまたは伝送構造は、電気−光信号変換が可能な送信端モジュール、光-電気信号変換が可能な受信端モジュール、または上記両機能を持つ送受信モジュールに関し、主に光を媒介として信号伝送を完成することを目的とする。本発明の概念は、主に半導体製造工程および光導波路の信号伝送技術を利用し、信号伝送品質を確保した上で、光-電気信号または電気−光信号の変換および伝送を完成することであり、ハードウェアまたは構造の製造または取り付けをしやすくすることを目的とする。
【００１３】
以下に、好適な実施例により本発明を説明する。図２aは、本発明が提供する送信端モジュール２を示す断面概略図である。図２aに示すように、上記送信端モジュール２は、主に半導体基板２０と、光源デバイス２４と、光導波路構造２６とを含み、上記半導体基板２０上に上記光源デバイス２４が配置される。この実施例では、上記半導体基板２０として、シリコン・オン・インシュレータ（ＳＯＩ）ウエハーを両面研磨して（ｄｏｕｂｌｅ ｓｉｄｅｓ ｐｏｌｉｓｈｅｄ）得た単結晶シリコン基板を用いる。このため、半導体製造工程により上記半導体基板２０の上下両表面上に関連の膜層を容易に形成できる上、基板のシリコン材料の特性により、光信号が通過可能である。
【００１４】
以上のように、この実施例において、上記半導体基板２０の第１表面２０１および第２表面２０２に、それぞれ第１膜層２１および第２膜層２２が形成される。本発明の電気−光信号または光-電気信号の変換および伝送において、光信号が電磁気または電気に干渉されるのを防止することが必要であるため、第１膜層２１により電気絶縁機能を提供し、また電気信号または光信号の漏れを阻止することができる。また、光信号の伝送は、上記第１膜層２１および上記第２膜層２２を通る必要があるため、第１膜層２１および第２膜層２２も高い光透過率を持つ必要がある。この実施例において、第１膜層２１および第２膜層２２としては、二酸化ケイ素のような誘電体の単層の膜層を用いることができる。また、他の実施例において、第１膜層２１および第２膜層２２としては、多層の膜層や、反射防止塗料（ＡＲ  ｃｏａｔｉｎｇ）を有する膜層を用いることもできる。これにより、光透過率を向上すると共に、波長、入射角度または低偏光依存性（ｌｏｗ  ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ  ｄｅｐｅｎｄｅｎｃｅ）に対する公差許容値を向上することができる。他に、第２膜層２２は、電気絶縁機能および信号漏れ防止を提供することもできるが、必須ではない。
【００１５】
上記光源デバイス２４は、従来の発光ダイオード、半導体レーザー、または縦型空洞表面放出レーザー（Ｖｅｒｔｉｃａｌ  Ｃａｖｉｔｙ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｌａｓｅｒ、ＶＣＳＥＬと略称する）であり、主な機能は、関連する電気信号に基づいて、変換した光ビームまたは光信号を発生または送信する。また、この実施例において、上記送信端モジュール２は、上記第１膜層２１上に形成される電気信号伝送デバイス２３をさらに含む。上記光源デバイス２４は、上記電気信号伝送デバイス２３上に配置されると共に、上記電気信号伝送デバイス２３に電気的に接続される。詳しくは、この実施例において、上記送信端モジュール２は、プリント基板上に配置される（以下の図面に示す）。上記プリント基板は、上記送信端モジュール２と電気的に接続され、電気信号２７を提供または発生し、上記送信端モジュール２により受信、変換および伝送する。
【００１６】
さらに、図２aに示すように、上記送信端モジュール２は、上記第１膜層２１上に配置されると共に、上記電気信号伝送デバイス２３に電気的に接続される駆動回路２５を含む。この実施例において、上記駆動回路２５は、上記電気信号２７を受信し、上記電気信号伝送デバイス２３を介して上記光源デバイス２４を駆動することができる。光源デバイス２４は、上記電気信号２７を受信した後、対応光信号２８に変換する。また、上記光源デバイス２４と上記電気信号伝送デバイス２３とは、一部の面積で電気的な接続が完成される。
【００１７】
一方、上記送信端モジュール２をシステムオンチップ（ＳｏＣ）方式で設計すれば、同時に駆動機能および演算機能を持たせるように、演算の部分を駆動回路２５中に統合することもできる。
【００１８】
この実施例において、上記電気信号伝送デバイス２３は、金属材料からなり、中に電気信号２７を伝送するための伝送線路が形成される（以下の図４の説明を参照）。上記伝送線路は、金属材料の特性より放熱機能をも持つ。上記光源デバイス２４が電気−光信号を変換する時に発熱するため、上記光源デバイス２４自体の温度も相対的に上昇する。これに対して、上記光源デバイス２４と上記第１膜層２１との間に位置される上記電気信号伝送デバイス２３は、熱伝導または熱輻射方式で効率的に放熱することができる。
【００１９】
光信号は上記電気信号伝送デバイス２３を通ることができないため、好適な実施例では、光経路に貫通孔２３０（破線領域）を形成する。これにより、光信号２８は、貫通孔２３０を通り抜け、上記第１膜層２１、半導体基板２０等を通る。この実施例において、貫通孔２３０の配置位置は、電気信号２７の伝送に影響せず、また、貫通孔の面積が小さい設計においても電気信号伝送デバイス２３の全体的な放熱効果を減少することはない。
【００２０】
この実施例において、上記光導波路構造２６は、上記半導体基板２０と同様のシリコン材質を用いることができる。また、上記光導波路構造２６の配置位置は、上記光源デバイス２４に対応する。図２aに示すように、上記光導波路構造２６は、リフレクタ２６３と光導波路構造本体２６０とを含み、光信号２８は、上記光導波路構造本体２６０内で伝送され、また上記リフレクタ２６３により、光信号２８の方向（三次元方向）が変えられる。この実施例において、発生した光信号２８が上記リフレクタ２６３に照射されるように、上記リフレクタ２６３は、光源デバイス２４に対応するように上記光導波路構造２６の第１端部２６１に位置する。
【００２１】
この実施例において、上記リフレクタ２６３は、上記第２膜層２２と４５度の夾角をなすように設計される。この設計では、一番高い伝送効果が得られる。詳しくは、本発明の半導体基板２０、膜層２１、２２および光導波路構造２６は、１つの半導体製造工程により一体化して形成することができる。すなわち、第２表面２０２に上記第２膜層２２を形成した後、さらに第２膜層２２上にシリコン基材を形成し、４５度の斜面を形成するようにエッチングを行い、またその外層に関連の反射材料を塗布することにより、光導波路構造２６および上記リフレクタ２６３の全体を完成することができる。一方、光源デバイス２４、電気信号伝送デバイス２３および駆動回路２５等は、ウエハー接合（ｂｏｎｄｉｎｇ）により上記第１膜層２１上に配置させ接合させる。
【００２２】
送信端モジュール２において、上記光源デバイス２４が送信する光信号２８は、順番に上記第１膜層２１と、半導体基板２０と、第２膜層２２とを通り抜け、上記光導波路構造２６の第１端部２６１に入り、４５度の角度のリフレクタ２６３により反射され、転向して光導波路構造本体２６０中に入り、伝送される。
【００２３】
図２bは、上記光信号２８の反射および伝送を示す概略図である。図２bに示すように、光信号２８の経路は、上記光導波路構造２６の第１端部２６１に垂直に入り、上記リフレクタ２６３に照射された後、反射され、進行方向が９０度変更されて上記光導波路構造本体２６０に入る。このため、光経路は、上記光導波路構造本体２６０の導波方向に平行する。ただし、上記光源デバイス２４が送信する光信号は、光導波路構造２６に完璧な垂直角度で入るとは限らないので、ある角度範囲内で微小に散乱する。
【００２４】
図２bに示すように、２本の光経路２８ａ、２８ｂは、第１端部２６１に垂直に入るのではないため、リフレクタ２６３に反射された後、光導波路構造本体２６０において平行に伝送されない。しかし、このような状況でも、光経路２８ａ、２８ｂは、光導波路構造本体２６０の中に到達する時に入射角度が十分に大きい、つまり上の第２膜層２２または下の空気に対して、全反射条件の臨界角を達したまたは超えているため、全反射方式によって光導波路構造本体２６０内で伝送される。これより分かるように、本発明は、全反射の効果が得られるように、第２膜層２２に用いる材料について、屈折率も考慮する必要がある。すなわち、第２膜層２２に用いる材料の屈折率は、光導波路構造２６に用いるシリコン材料の屈折率より小さく、または、第２膜層２２は、導波路コア（ｃｏｒｅ）に比べて、屈折率が低い。
【００２５】
上記光導波路構造２６の形状設計について、図３aは、上記光導波路構造２６のもう一端部の第２端部２６２を示す断面概略図である。図３aに示すように、光導波路構造２６の両側面は、相対する斜面であるため、上記光信号がその内部に制限され伝送される。また、図３bは、上記光導波路構造２６を第２膜層２２上に配置する構造を示す立体概略図である。一般的な実施効果で言えば、上記光信号２８は、リフレクタ２６３に集中され、かつ光導波路構造本体２６０の上部および下部での全反射を利用して伝送されるため、上記光導波路構造２６の全体の形状または外観設計は、特に条件を制限されず、４５度のリフレクタ２６３の面積を保ち、かつ光信号がその中で全反射されれば良い。
【００２６】
さらに、図３bは、第２膜層２２上に他に複数の光導波路構造２６ａ、２６ｂが配置される構造をも示す。上述した好適な実施例において、送信端モジュール２は、光源デバイス２４が発生させる光信号２８を受信する光導波路構造２６を含む。しかし、同じ送信端モジュールにおいて、上述した概念に基づいて、複数の互いに対応する光源デバイスと光導波路構造を設計することも可能である。第２膜層２２上のそれぞれの光導波路構造の位置は、上部にある光源デバイスに対応する。
【００２７】
図４は、複数の光導波路構造を持つ送信端モジュール２を示す。図４に示すように、例えば、４つの光源デバイス２４、２４ａ〜２４ｃは、４つの対応光信号（未図示）を発生させ、それぞれ下部にある４つの光導波路構造２６、２６ａ〜２６ｃにより受信される。言い換えれば、電気信号伝送デバイス２３は、駆動回路２５に電気的に接続されるための同じ数量の伝送線路を持つ。これにより、４つの電気信号（未図示）を受信して、４つの光源デバイス２４、２４ａ〜２４ｃが電気−光信号変換して送信するように駆動することができる。これで、それぞれの光信号は、下部にある対応する４つの光導波路構造２６、２６ａ〜２６ｃにより伝送される。
【００２８】
上述した好適な実施例に係る送信端モジュール２は、電気−光信号変換を行い、光信号を伝送するため光導波路構造２６に導入する。この構造を同様に受信端モジュールに応用することができる。それを用いて、光信号を受信して電気信号に変換し、それを後段の電子装置に伝送する。
【００２９】
図５は、本発明に係る受信端モジュール３を示す断面概略図である。図５に示すように、上記受信端モジュール３は、半導体基板３０と、光検出デバイス３４と、光導波路構造３６と、電気信号伝送デバイス３３と、トランスインピーダンス増幅回路３５と、それぞれ上記半導体基板３０の第１表面３０１と第２表面３０２に形成される第１膜層３１と第２膜層３２とを含む。上記受信端モジュール３について、詳細な構造や、部品の材料、機能、電気的接続関係、配置位置などは、上述した送信端モジュール２に類似しており、両者は信号伝送と変換における進行方向と順番のみに差異がある。すなわち、上記送信端モジュール２における上記光源デバイス２４を上記受信端モジュール３における上記光検出デバイス３４、かつ上記駆動回路２５を上記トランスインピーダンス増幅回路３５に置き換える。
【００３０】
その中、光検出デバイス３４は、従来の光受信ダイオードまたは光受信器であって良く、主な機能は、伝送されてきた光信号３８を受信して対応電気信号３７に変換し、それを伝送する。そこで、上記光導波路構造３６の第２端部３６２から伝送されてきた光信号３８は、全反射方式で光導波路構造本体３６０中で伝送され、また４５度夾角をなすリフレクタ３６３に照射され、反射される。そして、上記光導波路構造３６の第１端部３６１から、第２膜層３２と、半導体基板３０と、第１膜層３１とを通り抜け、貫通孔３３０から上記光検出デバイス３４に到達する。そこで電気信号３７に変換された後、上記電気信号伝送デバイス３３により伝送される。
【００３１】
同様に、上記受信端モジュール３はプリント基板上に配置される（以下の図面に示す）。トランスインピーダンス増幅回路３５は、光検出デバイス３４が変換した電気信号３７を増幅してから出力する。また、受信端モジュール３に電気的に接続されるプリント基板は、増幅された電気信号３７を受信して出力する。また、光検出デバイス３４に接触している電気信号伝送デバイス３３は、その金属材料により、光検出デバイス３４が対応光信号３８を受信する時に放熱を手助けする。
【００３２】
類似するように、上記受信端モジュール３をシステムオンチップ（ＳｏＣ）方式で設計すれば、同時にトランスインピーダンス増幅機能および演算機能を持たせるように、演算の部分をトランスインピーダンス増幅回路３５中に統合することもできる。
【００３３】
本発明の受信端モジュール３は、複数組の光検出デバイス３４と対応光導波路構造３６を含むことができる。その構造は、図４に示す構造に類似し、同時に複数の光-電気信号の変換および受信を行うことができる。
【００３４】
本発明は、送信機能と受信機能が統合された送受信モジュールに応用することができる。例えば、図４に示すような光源デバイスの一部を光検出デバイスに変えることにより、光源デバイスと光検出デバイスはそれぞれ対応光導波路構造を有するようになる。すなわち、図２aに示す送信端モジュール２と図５に示す受信端モジュール３とを統合するため、この送受信モジュールは、同時に光信号を送信および受信する機能を持つ。上述した送信端モジュール、受信端モジュールおよび送受信モジュールをまとめて信号伝送モジュールと称する。以下の送信端モジュールまたは受信端モジュールについての応用は、他の２種類の信号伝送モジュールにも応用することができる。需要により、光電気信号変換デバイスとして、光源デバイスまたは光検出デバイスを選択し、また制御回路として、駆動回路２５またはトランスインピーダンス増幅回路３５を選択するのみに差異がある。
【００３５】
上記送信端モジュール２または受信端モジュール３は、伝送部品（例えば、光ファイバー）に接続されると、光信号を送信端モジュール２から出力し、または受信端モジュール３から外部の光信号を受信することができる。図６は、光導波路構造を持ち信号伝送を行う送信端モジュール２と受信端モジュール３とが接続される応用を示す概略図である。図６に示すように、送信端モジュール２と受信端モジュール３は、それぞれプリント基板４０、５０上に配置されており、またプリント基板４０、５０のそれぞれは送信端モジュール２と受信端モジュール３に電気的に接続される。これにより、変換される電気信号を提供し、または変換された電気信号を受信して、そして出力する。また、送信端モジュール２または受信端モジュール３がプリント基板４０、５０上に配置される時、その底部には各光導波路構造を収容する空間が存在する。プリント基板４０、５０上にはそれぞれ複数のガイド４１、４２、５１、５２が配置される。
【００３６】
また、送信端モジュール２と受信端モジュール３との間での光信号伝送には、光ファイバー６０を利用する。従来の高速、高い帯域幅容量の光ファイバー部品を用いれば良い。図６に示すように、この実施例において、上記光ファイバー６０は、両端にある取り付け端部６１、６２には取り付け用リード６１１、６１２、６２１、６２２が設計されており、その位置およびサイズは、上記ガイド４１、４２、５１、５２に対応する。取り付け用リード６１１、６１２、６２１、６２２がガイド４１、４２、５１、５２に挿入される時、取り付け端部６１、６２にある伝送インターフェース６１０、６２０は、送信端モジュール２または受信端モジュール３の光導波路構造の第２端部２６２、３６２にそれぞれ付着することができる。これにより、送信端モジュール２と、光ファイバー６０と、受信端モジュール３との間の取り付けおよび接続が完成されるため、対応光信号を伝送するための導入および導出を行うことができる。
【００３７】
本発明の送信端モジュール２は、必ずしも本発明の受信端モジュール３と組み合わせて使用するとは限らない。すなわち、本発明の送信端モジュール２を従来の受信端モジュールと組み合わせて使用し、または本発明の受信モジュール３を従来の送信端モジュールと組み合わせて使用し、または本発明の送受信モジュールを従来の送受信モジュールと組み合わせて使用することも可能である。したがって、光ファイバー６０の一端部（すなわち、取り付け端部６１または６２）を本発明のように設計して本発明のモジュールと接続すると共に、もう一端部を従来の光ファイバーの接続方式を利用して対応装置に取り付ける（例えば従来の結合装置のトレンチ構造に取り付ける）こともできる。
【００３８】
本発明の概念は、上述した好適な実施例に基づいて変更設計を行うことも可能である。例えば、本発明の各モジュールに含まれる光導波路構造は、光源デバイスまたは光検出デバイスとの間に、半導体基板の存在により隔たっているため、送信端モジュールにおける駆動回路および受信端モジュールにおけるトランスインピーダンス増幅回路の配置は、さらに様々な変更を行うことが可能である。
【００３９】
図７aは、送信端モジュール２ａを示す断面概略図である。この変更設計において、関連デバイスは、上述した好適な実施例のものと同様であり、ただし半導体基板２０の第１表面２０１上に形成された第１膜層２１ａを少し変更して、第１表面２０１を全部覆わないように光経路上にのみ形成する。上記第１膜層２１ａも、光に対する高透過性および反射防止性を持つ。また、駆動回路２５ａは、第１膜層２１ａに隣接するように第１表面２０１上に配置され、電気的に接続される上の光源デバイス２４を制御または駆動することができる。より詳しく説明すると、上記第１膜層２１ａは、以下のように形成される。すなわち、駆動回路２５ａの特定の範囲で貫通孔をつくり、次に上記特定の範囲内にある第１表面２０１の上に第１模層２１ａを形成する。この変更設計において、上述した好適な実施例での電気信号伝送デバイスは、上記駆動回路２５ａの一部（例えば、光源デバイス２４と駆動回路２５ａとの間で接続および支持を行う部分）に統合されるため、上記駆動回路２５ａは、そのまま第１表面２０１上の回路層になる。回路駆動を行うための構造は、比較的に狭い線幅の製造工程で製造することができる一方、光路通過のための下層は、比較的に広い線幅の製造工程を必要とする。したがって、本発明は、異なる線幅または製造工程の回路、光路構造を同じシリコン基板に完成することができる。また、モノリシックの（ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃ）光電素子に統合し、駆動機能と演算機能とを持たせることにより、高効率の光学伝送を提供することができる。
【００４０】
図７bは、送信端モジュール２ｂを示す断面概略図である。この変更設計において、電気信号伝送デバイス２３ｂは、駆動回路２５ｂの下部まで延伸されると共に、電気的に接続される。すなわち、駆動回路２５ｂは、フリップチップ（Ｆｌｉｐ‐Ｃｈｉｐ）の混成集積（ｈｙｂｒｉｄ  ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）方式により、駆動回路２５ｂと半導体基板２０との間に電気信号伝送デバイス２３ｂがあるように、その上に配置される。なお、好適な配置では、駆動回路２５ｂと光源デバイス２４とを電気信号伝送デバイス２３ｂ上に同じ高さで形成させる。
【００４１】
また、この図面は、光導波路構造２６の第２端部２６２に、半導体基板２０の側壁まで延びる第３膜層２６４が形成される構造をも示す。上記第３膜層２６４は、反射防止塗料（ＡＲ ｃｏａｔｉｎｇ）の膜層であるため、光信号がその中または接続されているデバイスで伝送される時に、光の透過率が向上する。この反射防止の設計を前述した好適な実施例および受信端モジュールに応用することもできる。同様に、第３膜層２６４は、単層膜または多層膜であり、光ビームの透過率を向上することにより、波長、入射角度または低偏光依存性に対する公差許容値を向上することができる。
【００４２】
また、図７cおよび図７dは、送信端モジュール２ｃがプリント基板４０上に配置される構造を示す概略図である。図７cにおいて、駆動回路２５ｃをプリント基板４０上に配置すると共に、半導体基板２０に金属の貫通孔（Ｖｉａ）構造をつくることにより、電気信号は、プリント基板を通り抜け、半導体基板２０内の金属配線を経由して上の回路層に電気的に接続される。また、図７ｄに示す実施変更において、駆動回路２５ｃをプリント基板４０上に配置すると共に、ワイヤーボンディングにより電気信号伝送デバイス２３ｃと駆動回路２５ｃとを電気的に接続する。一方、上記図７a〜図７dにおける概念、構造および変更設計は、受信端モジュールにおけるトランスインピーダンス増幅回路にも応用する。ただし、その中の電気−光信号は伝送方向が逆方向である。
【００４３】
本発明の光源デバイスまたは光検出デバイスの各モジュールにおける配置は、半導体基板の隔たりにより、それぞれの光導波路構造と比較的に離れているため、光導波路構造の配置により、光信号を効果的に制限して歪みなく伝送することができる。その上、後段の光ファイバーまたは関連接続構造に接続され取り付けられる時でも、構造が比較的に精密な光源デバイスまたは光検出デバイスに対してダメージを与えにくい。したがって、本発明は接続設計に対しても様々な実施変更を行うことにより、光信号を同様に送信端モジュールと受信端モジュールとの間で伝送することができる。
【００４４】
図８aは、送信端モジュール２ｄを示す断面概略図であり、各デバイスの設計は、上述した好適な実施例での設計と同じであり、ただし半導体基板２０の光導波路構造２６の第２端部に対応する部分に溝２０３を形成する。上記溝２０３の形状は、光ファイバー６３の取り付け端部の形状に対応し、例えばＵ字形またはＶ字形であって良い。上記光ファイバー６３を上記溝２０３に取り付ける時、光信号伝送のため、光導波路構造２６の光導波路構造本体２６０に合致しなければならない。また、この図に示す設計では、光ファイバー６３と上記溝２０３との接合が固定されているため、繰り返して着脱しまたは取り付けることができない。もし着脱可能なように設計する場合、着脱する位置を光源デバイス２４から離れるほど、上記光源デバイス２４にダメージを与えにくい。また、同じ概念および構造は、受信端モジュールまたは送受信モジュールに応用することができる。
【００４５】
また、図８aに基づいて実施変更を行い、上記光ファイバー６３の外部におけるもう一端部に対して、関連アダプターと結合し、さらに対応インターフェースと接続および伝送を行うように設計することができる。図８bおよび図８cは、それぞれ上記光ファイバー６３のもう一端部とアダプター７０とが結合する構造を示す概略図、および上記アダプター７０を対応伝送インターフェース７１に取り付ける構造を示す概略図である。上記２つ図面に示す上記アダプター７０および上記伝送インターフェース７１は、従来のデバイスであり、また上記伝送インターフェース７１は、上記アダプター７０と接続するために従来の回路基板またはマザーボードに配置される。上記アダプター７０には４５度のリフレクタ７２が設計されるため、上記光ファイバー６３の中の光信号は、リフレクタ７２により反射されて伝送インターフェース７１に入り、受信、光電変換および伝送される。したがって、本発明に係る送信端モジュールまたは受信端モジュールは、対応光ファイバーにより光信号を伝送する時、従来の関連デバイスと異なる結合および伝送を行うことができる。
【００４６】
図９は、本発明の送信端モジュール２と光ファイバー６６とが接続される応用を示す概略図である。この図において、送信端モジュール２は、取り付け用ボード４３上に配置される。また、上記取り付け用ボード４３には、取り付け用ボード６４を挿入するための２つのガイド４４、４５が設けられており、それにより、取り付け用ボード６４にある取り付け端部６５を送信端モジュール２の光導波路構造の第２端部に付着させることができる。あるいは、さらに細かいプラグ構造または連結構造を設けることにより、両者の結合を固定させると共に、取り外しまたは着脱を提供する。これにより、光信号は、取り付け端部６５を経由して光ファイバー６６に導入され伝送される。同じように、同じ概念および構造は、受信端モジュールまたは送受信モジュールに応用することができる。
【００４７】
図１０aは、本発明の送信端モジュール２と受信端モジュール３とを接続する応用を示す概略図である。この図において、送信端モジュール２および受信端モジュール３は、それぞれカード８１、８２に配置される。用いられるプリント基板は、光導波路構造８６と２つの対応スロット８３、８４とを含む。取り付ける時、カード８１、８２をそれぞれ対応スロット８３、８４に挿入し、また光導波路構造２６および３６の第２端部を光導波路構造８６の両端部に結合する。類似的に、上記光導波路構造８６は、光導波路構造本体８６０と、両端のそれぞれで４５度のリフレクタ８６１、８６２とを含む。したがって、この設計により、信号は、光の形式で上記モジュール２、３と上記プリント基板８０との間で伝送される。すなわち、対応光信号は、光導波路構造２６から上記光導波路構造８６中に導入され、リフレクタ８６１により反射されて上記光導波路構造本体８６０において全反射方式で伝送され、リフレクタ８６２により反射された後、光導波路構造３６中に導入される。
【００４８】
また、上記光導波路構造２６、３６のシリコン材質とは異なり、プリント基板８０上の光導波路構造８６は、高分子ポリマー材料により形成される。また、この接続構造は、光ファイバーを用いて伝送を行う必要がない以外、伝送する対象についても、２枚のカードの間を同じ回路基板または異なる回路基板上の任意の２つのデバイスまたは２つのチップに変えることができる。
【００４９】
図１０bは、光導波路構造を用いて送信端モジュール２とチップ９１との信号伝送を行う応用を示す概略図である。この図において、送信端モジュール２は、プリント基板４０上に配置されると共に、上記チップ９１は、光導波路構造９２を含むプリント基板９０上に配置される。送信端モジュール２の光導波路構造２６は、上記光導波路構造９２に付着することができる。また、上記光導波路構造９２は、光導波路構造本体９２０と４５度のリフレクタ９２１とを含むため、対応光信号は、光導波路構造２６から上記光導波路構造本体９２０に導入されると、全反射方式で伝送され、リフレクタ９２１により反射された後、上記チップ９１に受信される。これにより、回路基板と回路基板、またはチップとチップとの間の光信号伝送を完成する。同じように、同じ概念および構造は、受信端モジュールまたは送受信モジュールにも応用することができる。
【００５０】
上述をまとめると、本発明は、半導体製造工程の技術と全反射が可能な光導波路の信号伝送技術を利用することにより、簡単かつ便利に同じ製造工程で送信端モジュール、受信端モジュールまたは送受信モジュールを製造することができる。このため、複雑な製造工程で従来技術のトレンチ構造を形成し、または対応光ファイバーを精密に取り付けまたは埋め込む必要がない。本発明の概念を利用することにより、使用される光ファイバーを便利に送信端モジュール、受信端モジュールまたは送受信モジュールに組み合わせ、接続することができる上、光源デバイスまたは光検出デバイスにダメージを与えることを効果的に防止することができる。同時に、取り付け誤差による信号伝送への影響を避けることができる。また、本発明の概念を回路基板と回路基板との間やチップとチップとの間など、長距離または短距離の光信号伝送に柔軟に応用することが可能である。したがって、本発明の概念は、従来技術での関連問題を効果的に解決でき、本発明の主な目的を達成することができる。
【００５１】
当業者は、本発明と同じ目的を前提として、本発明が開示した概念と実施例変更を利用して設計と方法改良の基礎とすることが可能である。それらの変更、組み換えとおよび改良は、特許請求の範囲が限定する保護範囲を逸脱することができない。したがって、本発明に基づいて行った様々な変更もすべて特許請求の範囲の保護範囲に属する。
【符号の説明】
【００５２】
１０１、１０１ａ、１０１ｂ  結合装置
１０３、１２７  半導体基板
１０５  トレンチ構造
１０７  リフレクタ
１０９、１０９ａ、１０９ｂ  光ファイバー
１１１  光デバイス
１１３  光信号
１１５  プリント基板
１１７  コンタクト
１１９  電気信号
１２３  バンプ
１２５  回路
１３１  コンタクト
１３３  リッド
２、２ａ〜２ｄ  送信端モジュール
２０、３０  半導体基板
２０１、３０１  第１表面
２０２、３０２  第２表面
２０３  溝
２１、２１ａ、３１  第１膜層
２２、３２  第２膜層
２３、２３ｂ〜２３ｃ、３３  電気信号伝送デバイス
２３０、３３０  貫通孔
２４、２４ａ〜２４ｃ  光源デバイス
２５、２５ａ〜２５ｃ  駆動回路
２６、２６ａ〜２６ｃ、３６、８６、９２  光導波路構造
２６０、３６０、８６０、９２０  光導波路構造本体
２６１、３６１  第１端部
２６２、３６２  第２端部
２６３、３６３、７２、８６１、８６２、９２１  リフレクタ
２６４  第３膜層
２７、３７  電気信号
２８、３８  光信号
２８ａ、２８  光経路
３  受信端モジュール
３４  光検出デバイス
３５  トランスインピーダンス増幅回路
４０、５０、８０、９０  プリント基板
４３  取り付け用ボード
４１、４２、４４、４５、５１、５２  ガイド
６０、６３、６６  光ファイバー
伝送インターフェース６１０、６２０、７１
６１、６２、６５  取り付け端部
６１１、６１２、６２１、６２２  取り付け用リード
６４  取り付け用ボード
７０  アダプター
８１、８２  カード
８３、８４  スロット
９１  チップ
【図１ａ】
2011248361.tif 000003
【図１ｂ】
2011248361.tif 000004
【図２ａ】
2011248361.tif 000005
【図２ｂ】
2011248361.tif 000006
【図３ａ】
2011248361.tif 000007
【図３ｂ】
2011248361.tif 000008
【図４】
2011248361.tif 000009
【図５】
2011248361.tif 000010
【図６】
2011248361.tif 000011
【図７ａ】
2011248361.tif 000012
【図７ｂ】
2011248361.tif 000013
【図７ｃ】
2011248361.tif 000014
【図７ｄ】
2011248361.tif 000015
【図８ａ】
2011248361.tif 000016
【図８ｂ】
2011248361.tif 000017
【図８ｃ】
2011248361.tif 000018
【図９】
2011248361.tif 000019
【図１０ａ】
2011248361.tif 000020
【図１０ｂ】
2011248361.tif 000021