(57)【要約】【課題】ヒータやペルチェ素子などの温度調節素子を使用することなく、使用波長の変動に対処しつつ、安定した波長多重伝送を達成できる半導体装置を提供する。【解決手段】半導体装置は、半導体基板の上に波長多重伝送を行う光回路を備え、光源１からの光をｍ本の伝送チャネルに分波する分波器５ｂと、分波器５ｂによって分波されたｍ本の伝送チャネルをそれぞれ独立に変調する変調器２と、変調器２によって変調されたｍ本の伝送チャネルを合波する合波器３と、合波された光を伝送する導波路４と、導波路４を経由して伝送された光をｍ本の伝送チャネルに分波する分波器５ａと、分波器５ａによって分波されたｍ本の伝送チャネルをそれぞれ独立に受光し、電気信号に変換する受光回路６と、光源１および光回路の温度を検出する温度検出回路８とを備え、波長多重伝送の多重度ｍは電気信号の多重度ｎより大きく、検出温度に応じて、伝送チャネルを変化させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板の上に、波長多重伝送を行う光回路を備えた半導体装置であって、
光源と、
光源からの光を、互いに異なる波長を有する複数の伝送チャネルに分波するための第１分波器と、
第１分波器によって分波された複数の伝送チャネルをそれぞれ独立に変調するための変調器と、
変調器によって変調された複数の伝送チャネルを合波するための合波器と、
合波された光を伝送するための導波路と、
導波路を経由して伝送された光を複数の伝送チャネルに分波するための第２分波器と、
第２分波器によって分波された複数の伝送チャネルをそれぞれ独立に受光し、電気信号に変換するための受光回路と、
光源および光回路の温度を検出するための温度検出回路とを備え、
波長多重伝送の多重度は、電気信号の多重度より大きく設定され、
検出温度に応じて、使用する伝送チャネルを変化させることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
光源からの光の波長を検出するための波長検出回路をさらに備え、
検出温度および検出波長に応じて、使用する伝送チャネルを変化させることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
半導体基板の上に、波長多重伝送を行う光回路を備えた半導体装置であって、
光源と、
光源からの光を、互いに異なる波長を有する複数の伝送チャネルに分波するための第１分波器と、
第１分波器によって分波された複数の伝送チャネルをそれぞれ独立に変調するための変調器と、
変調器によって変調された複数の伝送チャネルを合波するための合波器と、
合波された光を伝送するための導波路と、
導波路を経由して伝送された光を複数の伝送チャネルに分波するための第２分波器と、
第２分波器によって分波された複数の伝送チャネルをそれぞれ独立に受光し、電気信号に変換するための受光回路と、
光源からの光を分波するための基準分波器と、
分波された光をそれぞれ独立に検出するための基準受光回路とを備え、
波長多重伝送の多重度は、電気信号の多重度より大きく設定され、
基準受光回路からの検出信号に応じて、使用する伝送チャネルを変化させることを特徴とする半導体装置。
【請求項４】
基準受光回路からの検出信号に応じて、光源の波長を制御するための波長制御回路をさらに備えることを特徴とする請求項３記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、波長多重伝送を行う光回路を備えた半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年のＬＳＩ（大規模集積回路）は、トランジスタ等の電子デバイスの性能向上とともに、動作速度が大幅に向上している。しかしながら、ＬＳＩの電気配線は、パターン微細化に伴って、配線抵抗や配線間容量の増大が深刻となり、性能向上に限界が見え始めている。特に、１つのチップに複数のプロセッサを搭載したマルチコアＬＳＩでは、コア間のデータ伝送やクロック伝送を行うためのグローバル配線および周辺回路が極めて複雑になる。
【０００３】
こうした電気配線に伴う性能限界を打破するために、ＬＳＩ上のグローバル配線を光配線に置換する研究が進められている。光配線技術では、微小サイズの受光素子、光導波路、光変調素子などの光学部品をチップ内に搭載することにより、光クロック配線や光バス配線を実現し、これによってＬＳＩの動作速度の向上、伝送損失の低減、配線間クロストークの低減などを図っている。
【０００４】
図５は、従来の半導体装置の一例を示す構成図である。半導体装置は、集積回路が形成された半導体基板の上に、波長多重伝送を行う配線用の光回路を備える。光源１は、光伝送のための光を供給する機能を有し、半導体基板に搭載してもよく、あるいは基板の外部に配置してもよい。
【０００５】
分波器５ｂは、光源１からの光を、互いに異なる波長を有する複数の伝送チャネルに分波する。変調器２は、分波器５ｂによって分波された複数の伝送チャネルをそれぞれ独立に変調する。合波器３は、変調器２によって変調された複数の伝送チャネルを合波する。
【０００６】
導波路４は、合波器３によって合波された光を伝送する。分波器５ａは、導波路４を経由して伝送された光を複数の伝送チャネルに分波する。受光回路６は、分波器５ａによって分波された複数の伝送チャネルをそれぞれ独立に受光し、電気信号に変換する。
【０００７】
論理回路７ａは、集積回路からの電気信号を受けて、ｎ本の信号チャネルを変調器２へ出力する。論理回路７ｂは、受光回路６からｎ本の信号チャネルを受けて、集積回路へ電気信号を出力する。これらのｎ本の信号チャネルを同時に伝送するために、分波器５ｂ、変調器２、合波器３、分波器５ａおよび受光回路６は、ｎ本の伝送チャネルを備える。こうして従来の光回路は、多重度ｎの波長多重伝送を実現している。
【０００８】
さらに、従来の半導体装置では、光回路で使用する波長の変動を抑制するために、光源１および光回路の温度を検出するための温度検出回路８と、検出温度に基づいて、光回路の一部または全部の温度を調整するための温度調節素子１３とを設けている。
【０００９】
【特許文献１】特開２００３−１５２２７１号公報
【特許文献２】特開２００６−２８６７８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
図５に示した従来の半導体装置では、チップ内及び／又はチップ間の光配線において波長多重伝送を行う場合、光源やチップ上の合分波器が使用波長に正確に適合するように、ヒータやペルチェ素子などの温度調節素子を使って厳しい温度管理を行っている。
【００１１】
しかしながら、ヒータやペルチェ素子を使って厳しい温度管理を行うには、半導体装置の規模やサイズが大きくなり、それに伴って消費電力も増大する。また、素子数の増大やクロックの高周波化に伴って、均一な温度制御も困難になってきている。
【００１２】
本発明の目的は、ヒータやペルチェ素子などの温度調節素子を使用することなく、使用波長の変動に対処しつつ、安定した波長多重伝送を達成できる半導体装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の一実施例によれば、半導体基板の上に、波長多重伝送を行う光回路を備えた半導体装置において、光源および光回路の温度を検出するための温度検出回路、及び／又は光源からの光の波長を検出するための波長検出回路を備える。波長多重伝送の多重度は、電気信号の多重度より大きく設定され、検出温度及び／又は検出波長に応じて、使用する伝送チャネルを変化させる。
【００１４】
また、検出信号に基づいて、光源の波長を制御するための波長制御回路を備えることが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
この実施例によれば、波長多重伝送を電気信号伝送より冗長に設定することにより、使用波長の変動に追従して、使用する伝送チャネルを変化させることが可能になる。その結果、ヒータやペルチェ素子などの温度調節素子を使用することなく、安定した波長多重伝送を達成できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
実施の形態１．
図１は、本発明の第１実施形態に係る半導体装置を示す構成図である。半導体装置は、図５と同様に、集積回路が形成された半導体基板の上に、波長多重伝送を行う配線用の光回路を備える。光源１は、光伝送のための光を供給する機能を有し、半導体基板に搭載してもよく、あるいは基板の外部に配置してもよい。
【００１７】
分波器５ｂは、光源１からの光を、互いに異なる波長を有する複数の伝送チャネルに分波する。変調器２は、分波器５ｂによって分波された複数の伝送チャネルをそれぞれ独立に変調する。合波器３は、変調器２によって変調された複数の伝送チャネルを合波する。
【００１８】
導波路４は、合波器３によって合波された光を伝送する。分波器５ａは、導波路４を経由して伝送された光を複数の伝送チャネルに分波する。受光回路６は、分波器５ａによって分波された複数の伝送チャネルをそれぞれ独立に受光し、電気信号に変換する。
【００１９】
論理回路７ａは、集積回路からの電気信号を受けて、ｎ本の信号チャネルを変調器２へ出力する。論理回路７ｂは、受光回路６からｎ本の信号チャネルを受けて、集積回路へ電気信号を出力する。
【００２０】
本実施形態では、分波器５ｂ、変調器２、合波器３、分波器５ａおよび受光回路６は、ｎ本より多いｍ本（ｍ＝ｎ＋ｎａ＋ｎｂ）の伝送チャネルを備える。ここで、ｎは電気信号伝送の多重度に相当し、ｎａは短波長側の冗長チャネル数、ｎｂは長波長側の冗長チャネル数である。こうして光回路は、多重度ｍの波長多重伝送が可能であり、従来と同様にｎ本の信号チャネルを同時に伝送できるとともに、波長変動に応じて、使用するｎ本の伝送チャネルを短波長側または長波長側へシフトすることが可能になる。
【００２１】
伝送チャネルのシフト方向は、温度検出回路８によって検出された光源１の温度に基づいて決定できる。例えば、温度上昇とともに、光源１の波長が短くなる場合、使用するｎ本の伝送チャネルを短波長側へシフトし、一方、温度低下とともに、光源１の波長が長くなる場合、使用するｎ本の伝送チャネルを長波長側へシフトする。逆に、温度上昇とともに、光源１の波長が長くなる場合、使用するｎ本の伝送チャネルを長波長側へシフトし、一方、温度低下とともに、光源１の波長が短くなる場合、使用するｎ本の伝送チャネルを短波長側へシフトする。
【００２２】
また、光回路の温度によっても合分波器の伝送波長が変化することを利用して、温度検出回路８によって検出された光回路の温度に基づいて、適切な波長の受光素子や変調器を選択することも可能となる。
【００２３】
さらに、光源１の波長と温度の関係がより複雑で、例えば、高次多項式で表される場合、両者の関係をテーブル化することによって、波長変動に対してより精密な伝送チャネルの追従が可能になる。
【００２４】
このように光伝送回路の伝送チャネルに対して短波長側の冗長チャネルおよび長波長側の冗長チャネルを追加し、光源および光回路の温度検出によって波長変動を推定し、使用する伝送チャネルを波長変動に追従させることによって、ヒータやペルチェ素子などの温度調節素子を使用することなく、安定した波長多重伝送を達成できる。
【００２５】
実施の形態２．
図２は、本発明の第２実施形態に係る半導体装置を示す構成図である。ここで、光源１、分波器５ｂ、変調器２、合波器３、導波路４、分波器５ａ、受光回路６は、図１と同様な構成を有するため、重複説明を省く。図２では、光源１からの光の波長を検出するための波長検出回路９を追加している。
【００２６】
論理回路７ａは、集積回路からの電気信号を受けて、ｎ本の信号チャネルを変調器２へ出力する。論理回路７ｂは、受光回路６からｎ本の信号チャネルを受けて、集積回路へ電気信号を出力する。
【００２７】
本実施形態では、図１と同様に、分波器５ｂ、変調器２、合波器３、分波器５ａおよび受光回路６は、ｎ本より多いｍ本（ｍ＝ｎ＋ｎａ＋ｎｂ）の伝送チャネルを備える。ここで、ｎは電気信号伝送の多重度に相当し、ｎａは短波長側の冗長チャネル数、ｎｂは長波長側の冗長チャネル数である。こうして光回路は、多重度ｍの波長多重伝送が可能であり、従来と同様にｎ本の信号チャネルを同時に伝送できるとともに、波長変動に応じて、使用するｎ本の伝送チャネルを短波長側または長波長側へシフトすることが可能になる。
【００２８】
伝送チャネルのシフト方向は、温度検出回路８によって検出された光源１の温度、及び／又は波長検出回路９によって検出された光の波長に基づいて決定できる。例えば、温度上昇とともに、光源１の波長が短くなる場合、使用するｎ本の伝送チャネルを短波長側へシフトし、一方、温度低下とともに、光源１の波長が長くなる場合、使用するｎ本の伝送チャネルを長波長側へシフトする。逆に、温度上昇とともに、光源１の波長が長くなる場合、使用するｎ本の伝送チャネルを長波長側へシフトし、一方、温度低下とともに、光源１の波長が短くなる場合、使用するｎ本の伝送チャネルを短波長側へシフトする。
【００２９】
また、光回路の温度によっても合分波器の伝送波長が変化することを利用して、温度検出回路８によって検出された光回路の温度に基づいて、適切な波長の受光素子や変調器を選択することも可能となる。
【００３０】
本実施形態では、温度検出および波長検出の両方結果を利用することにより、波長変動に対してより精密な伝送チャネルの追従が可能になる。その結果、ヒータやペルチェ素子などの温度調節素子を使用することなく、安定した波長多重伝送を達成できる。
【００３１】
実施の形態３．
図３は、本発明の第３実施形態に係る半導体装置を示す構成図である。ここで、光源１、分波器５ｂ、変調器２、合波器３、導波路４、分波器５ａ、受光回路６は、図１と同様な構成を有するため、重複説明を省く。図３では、温度検出回路８および波長検出回路９の代わりに、光源１からの光を分波するための基準分波器１０と、分波された光をそれぞれ独立に検出するための基準受光回路１１とを設けている。これらの基準分波器１０および基準受光回路１１は、波長多重のチャネル幅を単位として検出できる簡易な波長検出器として機能する。
【００３２】
論理回路７ａは、集積回路からの電気信号を受けて、ｎ本の信号チャネルを変調器２へ出力する。論理回路７ｂは、受光回路６からｎ本の信号チャネルを受けて、集積回路へ電気信号を出力する。
【００３３】
本実施形態では、図１と同様に、分波器５ｂ、変調器２、合波器３、分波器５ａおよび受光回路６は、ｎ本より多いｍ本（ｍ＝ｎ＋ｎａ＋ｎｂ）の伝送チャネルを備える。ここで、ｎは電気信号伝送の多重度に相当し、ｎａは短波長側の冗長チャネル数、ｎｂは長波長側の冗長チャネル数である。こうして光回路は、多重度ｍの波長多重伝送が可能であり、従来と同様にｎ本の信号チャネルを同時に伝送できるとともに、波長変動に応じて、使用するｎ本の伝送チャネルを短波長側または長波長側へシフトすることが可能になる。
【００３４】
伝送チャネルのシフト方向は、基準受光回路１１によって検出された伝送チャネルの波長に基づいて決定できる。例えば、温度上昇とともに、光源１の波長が短くなる場合、使用するｎ本の伝送チャネルを短波長側へシフトし、一方、温度低下とともに、光源１の波長が長くなる場合、使用するｎ本の伝送チャネルを長波長側へシフトする。逆に、温度上昇とともに、光源１の波長が長くなる場合、使用するｎ本の伝送チャネルを長波長側へシフトし、一方、温度低下とともに、光源１の波長が短くなる場合、使用するｎ本の伝送チャネルを短波長側へシフトする。
【００３５】
本実施形態では、伝送チャネルの波長を検出することにより、光源の波長変動に対してより精密な伝送チャネルの追従が可能になる。また、光回路の温度によっても合分波器の伝送波長が変化することを利用して、基準受光回路１１によって検出された伝送チャネルの波長から算出した光回路の温度に基づいて、適切な波長の受光素子や変調器を選択することも可能となる。その結果、ヒータやペルチェ素子などの温度調節素子を使用することなく、安定した波長多重伝送を達成できる。
【００３６】
実施の形態４．
図４は、本発明の第４実施形態に係る半導体装置を示す構成図である。ここで、光源１、分波器５ｂ、変調器２、合波器３、導波路４、分波器５ａ、受光回路６は、図１と同様な構成を有するため、重複説明を省く。図３では、温度検出回路８および波長検出回路９の代わりに、光源１からの光を分波するための基準分波器１０と、分波された光をそれぞれ独立に検出するための基準受光回路１１とを設けている。これらの基準分波器１０および基準受光回路１１は、波長多重のチャネル幅を単位として検出できる簡易な波長検出器として機能する。
【００３７】
さらに、基準受光回路１１からの検出信号に応じて、光源１の波長を制御するための波長制御回路１２をさらに設けている。光源１の波長制御は、温度制御、バイアス電流制御あるいはこれらの組合せによって実施できる。
【００３８】
論理回路７ａは、集積回路からの電気信号を受けて、ｎ本の信号チャネルを変調器２へ出力する。論理回路７ｂは、受光回路６からｎ本の信号チャネルを受けて、集積回路へ電気信号を出力する。
【００３９】
本実施形態では、図１と同様に、分波器５ｂ、変調器２、合波器３、分波器５ａおよび受光回路６は、ｎ本より多いｍ本（ｍ＝ｎ＋ｎａ＋ｎｂ）の伝送チャネルを備える。ここで、ｎは電気信号伝送の多重度に相当し、ｎａは短波長側の冗長チャネル数、ｎｂは長波長側の冗長チャネル数である。こうして光回路は、多重度ｍの波長多重伝送が可能であり、従来と同様にｎ本の信号チャネルを同時に伝送できるとともに、波長変動に応じて、使用するｎ本の伝送チャネルを短波長側または長波長側へシフトすることが可能になる。
【００４０】
伝送チャネルのシフト方向は、基準受光回路１１によって検出された伝送チャネルの波長に基づいて決定できる。例えば、温度上昇とともに、光源１の波長が短くなる場合、使用するｎ本の伝送チャネルを短波長側へシフトし、一方、温度低下とともに、光源１の波長が長くなる場合、使用するｎ本の伝送チャネルを長波長側へシフトする。逆に、温度上昇とともに、光源１の波長が長くなる場合、使用するｎ本の伝送チャネルを長波長側へシフトし、一方、温度低下とともに、光源１の波長が短くなる場合、使用するｎ本の伝送チャネルを短波長側へシフトする。
【００４１】
本実施形態では、伝送チャネルの波長シフトが、短波長側または長波長側の冗長チャネルを超えてしまう場合、波長制御回路１２の動作により、光源１の波長をｍ本の伝送チャネル内に維持することが可能になって、対処できる温度変動幅が拡大する。こうして波長変動に対してより精密な伝送チャネルの追従が可能になる。その結果、ヒータやペルチェ素子などの温度調節素子を使用することなく、安定した波長多重伝送を達成できる。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明は、高性能なＬＳＩを高い生産効率で製造できる点で、産業上極めて有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の第１実施形態に係る半導体装置を示す構成図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係る半導体装置を示す構成図である。
【図３】本発明の第３実施形態に係る半導体装置を示す構成図である。
【図４】本発明の第４実施形態に係る半導体装置を示す構成図である。
【図５】従来の半導体装置の一例を示す構成図である。
【符号の説明】
【００４４】
１  光源、  ２  変調器、  ３  合波器、  ４  導波路、  ５ａ，５ｂ  分波器、
６  受光回路、  ７ａ，７ｂ  論理回路、  ８  温度検出回路、  ９  波長検出回路、
１０  基準分波器、  １１  基準受光回路、  １２  波長制御回路、
１３  温度調節素子。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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