有受光元件3(3-4)的第2半導(dǎo)體基板10-2之間存在中間的半導(dǎo)體基板1-X的情況。
[0027]圖3(a)所示的例子中，在配置于在不同的半導(dǎo)體基板10-1、10-2之間進(jìn)行光信號(hào)的發(fā)送接收的一對(duì)發(fā)光元件2-4與受光元件3-4之間的中間的半導(dǎo)體基板1-X上設(shè)置有使波長λ的光信號(hào)透射的透光部4。該透光部4可以由形成于中間的半導(dǎo)體基板1-X的開口(通孔)形成。
[0028]圖3(b)所示的例子中，在中間的半導(dǎo)體基板1-X上層疊配置有受光元件3-5和發(fā)光元件2-5。配置于中間的半導(dǎo)體基板1-X的受光元件3-5接收配置于第I半導(dǎo)體基板10-1的發(fā)光元件2-4所發(fā)出的波長λ的光信號(hào)并轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，并通過該電信號(hào)驅(qū)動(dòng)層疊配置于中間的半導(dǎo)體基板1-X的發(fā)光元件2-5而發(fā)送波長λ的光信號(hào)，由配置于第2半導(dǎo)體基板10-2的受光元件3-4接收該光信號(hào)。該例子中，在中間的半導(dǎo)體基板1-X的第2電極3Β、2Β之間形成有絕緣層5。
[0029]圖4是表示在本發(fā)明的實(shí)施方式所涉及的光互連裝置中配置于不同的半導(dǎo)體基板之間的發(fā)光元件和受光元件的另一結(jié)構(gòu)例的說明圖。與圖2中的說明相同的部分標(biāo)注相同的符號(hào)并省略重復(fù)說明。在此，在進(jìn)行光信號(hào)的發(fā)送接收的一對(duì)發(fā)光元件2-1與受光元件3-1的中間配置有透鏡6，透鏡6在多個(gè)發(fā)光元件2(2-1、2-2、2-3)與多個(gè)受光元件3(3-1、3-2、3-3)之間配置有透鏡陣列6A。通過將這種透鏡6或透鏡陣列6A配置于中間，能夠使從發(fā)光元件2(2-1、2-2、2-3)以規(guī)定的開口角射出的光有效地聚光于受光元件3(3-1、3-2,3-3)。
[0030]圖5是表示在本發(fā)明的實(shí)施方式所涉及的光互連裝置中形成于半導(dǎo)體基板的發(fā)光元件或受光元件的形成方法的說明圖。形成于半導(dǎo)體基板10的發(fā)光元件2或受光元件3中，使用Si (硅)基板作為半導(dǎo)體基板10，在Si基板摻雜選自VA族元素例如As (砷)、P (磷)、Sb (銻)中的雜質(zhì)而形成成為η型Si層的共用的半導(dǎo)體層(第I半導(dǎo)體層)10η，并通過在該半導(dǎo)體層1n摻雜雜質(zhì)來形成第2半導(dǎo)體層(P型半導(dǎo)體層)1p的圖案。
[0031]硅(Si)為間接躍迀型半導(dǎo)體，發(fā)光效率較低，僅通過形成pn結(jié)無法得到有用的發(fā)光，但通過對(duì)Si基板實(shí)施利用聲子的退火而在pn結(jié)附近產(chǎn)生修整光子，使作為間接躍迀型半導(dǎo)體的Si如直接躍迀型半導(dǎo)體那樣發(fā)生變化，由此能夠?qū)崿F(xiàn)高效率、高輸出的pn接合型發(fā)光或pn接合型受光功能。
[0032]更具體而言，在摻雜有選自VA族元素例如As(砷)、P(磷)、Sb(銻)中的雜質(zhì)的η型Si層高濃度摻雜選自IIIA族元素例如B (硼)、A1 (鋁)、Ga (鎵)中的雜質(zhì)，從而形成第2半導(dǎo)體層(P型半導(dǎo)體層)10p。之后，以隔著pn結(jié)1pn的方式形成作為透明電極的第I電極2A(3A)和第2電極2B(3B)，在第I電極2A(3A)與第2電極2B(3B)之間施加正向電壓Va而使電流流向pn結(jié)ΙΟρη，通過基于該電流的焦耳熱對(duì)第2半導(dǎo)體層1p實(shí)施退火處理。
[0033]通過退火處理，使選自IIIA族元素例如B(硼)、A1(鋁)、Ga(鎵)中的雜質(zhì)擴(kuò)散的過程中，向pn結(jié)1pn照射特定波長λ的光。通過退火過程中的光照射，能夠在pn結(jié)1pn附近產(chǎn)生修整光子。如此，若對(duì)pn結(jié)1pn施加正向電壓，則由修整光子產(chǎn)生的pn結(jié)1pn發(fā)射與在退火過程中照射的光的波長λ相同波長的光。并且，pn結(jié)1pn作為僅對(duì)波長λ的光反應(yīng)的受光部發(fā)揮作用。此時(shí)，作為IIIA族元素的雜質(zhì)選擇B(硼)時(shí)的摻雜條件的一例中設(shè)為劑量密度:5X 11Vcm2、注入時(shí)的加速能量:700keV。
[0034]當(dāng)分別形成在不同的半導(dǎo)體基板10-1、10-2之間進(jìn)行光信號(hào)的發(fā)送接收的一對(duì)發(fā)光元件2-1和受光元件3-1時(shí)，將在上述退火處理過程中照射的光的波長設(shè)為相同的波長λ。由此，由發(fā)光元件2-1射出的光的波長被確定為λ，且由受光元件3-1接收的光的波長也被確定為入。
[0035]并且，由于發(fā)光元件2和受光元件3具備相同結(jié)構(gòu)，因此能夠使作為發(fā)光元件2發(fā)揮作用的元件作為受光元件3發(fā)揮作用，與其相反地，能夠使作為受光元件3發(fā)揮作用的元件作為發(fā)光元件2發(fā)揮作用。該切換能夠通過光互連裝置I的外圍電路任意切換，通過該切換，能夠任意改變光信號(hào)的傳輸路徑。
[0036]以上說明的本發(fā)明的實(shí)施方式所涉及的光互連裝置I中，多個(gè)發(fā)光元件2或受光元件3具備將半導(dǎo)體基板10作為共用的半導(dǎo)體層的pn結(jié)ΙΟρη，并利用半導(dǎo)體刻蝕技術(shù)制作在一個(gè)半導(dǎo)體基板10上，因此能夠通過比較簡單的制造工序提高發(fā)光元件2或受光元件3在半導(dǎo)體基板10上的對(duì)準(zhǔn)精確度。并且，由于在不同的半導(dǎo)體基板10之間進(jìn)行光信號(hào)的發(fā)送接收的一對(duì)發(fā)光元件2和受光元件3分別進(jìn)行共同波長下的發(fā)光和受光，因此能夠抑制半導(dǎo)體基板10間(芯片間)的信號(hào)傳輸串?dāng)_。
[0037]尤其，如圖2所示，在配置于一個(gè)半導(dǎo)體基板10-1的多個(gè)發(fā)光元件2-1、2-2、2_3中相互鄰接配置的發(fā)光元件在不同的波長下進(jìn)行發(fā)光，且配置于一個(gè)半導(dǎo)體基板10-2的多個(gè)受光元件3-1、3-2、3-3中相互鄰接配置的受光元件在不同的波長下進(jìn)行受光的光互連裝置中，能夠抑制將從一個(gè)發(fā)光元件2-1發(fā)出的光信號(hào)由與原本應(yīng)該接收的受光元件3-1相鄰的受光元件3-2接收的信號(hào)的誤傳輸(串?dāng)_)。
[0038]以上，根據(jù)附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行了詳述，但具體結(jié)構(gòu)并不限于這些實(shí)施方式，即使在不脫離本發(fā)明宗旨的范圍內(nèi)有設(shè)計(jì)變更等，也包含于本發(fā)明中。并且，上述各實(shí)施方式只要其目的及結(jié)構(gòu)等不存在特別矛盾或問題，就可以沿用相互的技術(shù)進(jìn)行組合。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種光互連裝置，在層疊配置的多個(gè)半導(dǎo)體基板之間進(jìn)行光信號(hào)的發(fā)送接收，其特征在于， 配置于一個(gè)所述半導(dǎo)體基板的多個(gè)發(fā)光元件或受光元件具備將所述半導(dǎo)體基板作為共用的半導(dǎo)體層的Pn結(jié)， 在不同的所述半導(dǎo)體基板之間進(jìn)行光信號(hào)的發(fā)送接收的一對(duì)所述發(fā)光元件和所述受光元件分別進(jìn)行共同波長下的發(fā)光和受光。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光互連裝置，其特征在于， 配置于一個(gè)所述半導(dǎo)體基板的多個(gè)發(fā)光元件中相互鄰接配置的發(fā)光元件進(jìn)行不同波長下的發(fā)光。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的光互連裝置，其特征在于， 配置于一個(gè)所述半導(dǎo)體基板的多個(gè)受光元件中相互鄰接配置的受光元件進(jìn)行不同波長下的受光。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的光互連裝置，其特征在于， 所述共用的半導(dǎo)體層為η型Si層，通過在該η型Si層摻雜雜質(zhì)而形成P型半導(dǎo)體層，所述P型半導(dǎo)體層在與該η型Si層的邊界附近形成所述ρη結(jié)， 所述發(fā)光元件或所述受光元件分別根據(jù)在通過退火處理使所述雜質(zhì)擴(kuò)散的過程中照射的光的波長來確定所述共同波長。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光互連裝置，其特征在于， 所述雜質(zhì)為選自IIIA族元素中的材料。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的光互連裝置，其特征在于， 在配置于一對(duì)所述發(fā)光元件與所述受光元件之間的所述半導(dǎo)體基板上設(shè)置有使所述光信號(hào)透射的透光部，一對(duì)所述發(fā)光元件和所述受光元件在不同的所述半導(dǎo)體基板之間進(jìn)行光信號(hào)的發(fā)送接收。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種光互連裝置，其能夠通過比較簡單的制造工序提高基板上的發(fā)光元件或受光元件的對(duì)準(zhǔn)精確度，且能夠抑制基板間即芯片間信號(hào)傳輸?shù)拇當(dāng)_。本發(fā)明的光互連裝置(1)，其在層疊配置的多個(gè)半導(dǎo)體基板(10)之間進(jìn)行光信號(hào)的發(fā)送接收，其中，配置于一個(gè)半導(dǎo)體基板(10)的多個(gè)發(fā)光元件(2)或受光元件(3)具備將半導(dǎo)體基板(10)作為共用的半導(dǎo)體層(10p)的pn結(jié)(10pn)，在不同的半導(dǎo)體基板(10)之間進(jìn)行光信號(hào)的發(fā)送接收的一對(duì)發(fā)光元件(2、2-1)和受光元件(3、3-1)分別進(jìn)行共同波長(λ1)下的發(fā)光和受光。
【IPC分類】H04B10-80, H01L31-12, H01L31-10, H04B10-114, H01L33-34
【公開號(hào)】CN104813598
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201380058348
【發(fā)明人】梶山康一, 名須川利通, 金尾正康, 石川晉
【申請(qǐng)人】株式會(huì)社V技術(shù)
【公開日】2015年7月29日
【申請(qǐng)日】2013年10月3日
【公告號(hào)】US20150280835, WO2014073297A1