JP2933779B2 - 伝送システム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えばＭＯＳ（Metal
Oxide Semiconductor）型集積回路への光パワー及び／
又は信号の伝送システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】図１２に従来技術に基づいたＭＯＳ型集
積回路素子の駆動回路の一般的構成を示す。図１２に示
すように、通常、ＭＯＳ型集積回路素子を駆動するため
に、ＭＯＳ型集積回路素子が電源ライン用の配線Ｖccに
直接結線された構成が採用されており、信号Ｖinを入力
するために専用の配線が設けられている。一般的に、こ
れらＭＯＳ型集積回路素子や配線などの電子回路部品は
専用の電子回路基板に実装されている。

【０００３】この様なＭＯＳ型集積回路素子を搭載した
機器を複雑化、高性能化するために、信号伝送用の配線
の高密度化、高速化、高信頼化、及び信号の低ノイズ化
が望まれている。

【０００４】上述のような信号伝送用の配線に対する要
望に応えるために、透明平板内に光信号を伝送して必要
な箇所でその光信号を受け、光電変換素子によって光信
号を電気信号に戻すという手法、即ち、光バスの概念に
基づいた手法が盛んに提案されている。

【０００５】図１３、１４、１５に上記光バスの概念に
よる素子の代表例を示す。

【０００６】図１３は光バスの模式図である（１９９１
年１１月２２日付日経産業新聞）。この光バスは平板光
導波路となるガラス基板１０１の表面に直径２ｍｍの窪
みである凹レンズ１０２が適所に多数形成されている。
このガラス基板１０１の表面上に、光源１０３と受光素
子１０４が対になって凹レンズ１０２に重なるようには
め込まれたボード１０５が形成されており、そのボード
１０５上にプロセッサー１０６が形成されている。凹レ
ンズ１０２は光の出入口として働き、１つの光源１０３
から発せられた光は凹レンズ１０２よりガラス基板１０
１内に入射して、ガラス基板１０１中で反射しながら進
行し、複数個の凹レンズ１０２から出射して受光素子１
０４に検出されるように構成されている。

【０００７】図１４はプレーナ型光集積の概念図である
（１９９１年１１月２２日電子情報通信学会集積フォト
ニクス研究会資料）。この光集積システムは、図１４に
示されるように、透明基板１１１の一方の表面にＧａＡ
ｓ素子からなる発光素子１１２、光検出器１１３、レン
ズ１１４及びミラー１１５などの光学素子が設けられて
おり、透明基板１１１の他方の表面にはミラー１１６が
形成されている。上述のような構造を有する光集積シス
テムは、発光素子１１２より出射された光が透明基板１
１１内を反射しながらジグザグに伝搬し、途中でレンズ
１１４及びミラー１１５など光学素子により変調を受け
て光検出器１１３に到達する構成になっている。

【０００８】図１５は半導体レーザー波長域コンパクト
ディスクプレーヤーに装備される光学式ピックアップを
示す側面図である（公開特許公報 昭６２ー１１７１５
０号）。この光学式ピックアップは、平板状の透明基板
１２１の相対する２面に反射ミラー１２２及び回折格子
１２３が形成されて、透明基板１２１内部に、図１５中
に斜線を施した部分で示すような、反射ミラー１２２に
反射された光が進行する光路が形成されている。さら
に、透明基板１２１の前記相対する２面において前記光
路に当たる位置に、半導体レーザからなる発光素子１２
４、受光素子１２５及びレンズ１２６などの光学素子が
配置されている。透明基板１２１上には、前記光路を経
た光を記録媒体であるコンパクトディスク１２７に対し
て授受する投光部１２８が設けられている。

【０００９】上述のような構造の光学式ピックアップに
於て、発光素子１２４より出射される光は透明基板１２
１上に設けられた反射ミラー１２２及び回折格子１２９
によりコンパクトディスク１２７に照射され、コンパク
トディスク１２７からの反射光は反射ミラー１２２、回
折格子１２３及びレンズ１２６に反射されて、受光素子
１２５に検知される構成になっている。

【００１０】以上３つの例は光ガイド基板の代表的な活
用例である。上述の全ての例に共通しているのは、光信
号を光ガイド基板の内部に伝搬させていること、及び光
ガイド基板の相対する２面上に数種の電子部品及び光学
素子の集積化を行い一体化を図って小型化を目指してい
ることである。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】各種機器の高密度化、
小型化、高性能化に伴い、ＭＯＳ型集積回路素子を初め
とした電子回路部品を各種機器に搭載している。この結
果、電子回路部品の電源ライン用の配線に多大な面積を
必要としてきており、電子回路基板の上での高密度実装
化に支障を来し、且つ、電気配線において誘導に伴うノ
イズの問題が発生している。

【００１２】このノイズの問題に関しては、上述したよ
うに光ガイド基板を用いることによる信号伝送用配線の
光配線化の提案が行われ、種々の検討がなされており、
信号伝送用配線で発生するノイズ及びクロストークなど
については改善が行われつつある。

【００１３】電源ライン用の配線の問題については有効
な提案がなされておらず、更なる高密度実装化を妨げて
いる。電源ライン用の配線によるノイズ及びクロストー
ク等についても改善されていない。

【００１４】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
であり、各種機器において、電子回路部品の高密度化及
び低ノイズ化を可能にする伝送システムを提供すること
を目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明の伝送システム
は、起電力発生用の光を発する光源と、該光源からの起
電力発生用の光を導く光ガイド部と、該光ガイド部を介
して該光源からの起電力発生用の光を受けて起電する光
起電力素子と、該光起電力素子に隣接して形成されると
共に該光起電力素子に接続され、該光起電力素子から供
給される起電力を受けて駆動される集積回路素子とを備
え、該光源と、該光ガイド部と、該光起電力素子と、該
集積回路素子とが一体に形成されており、そのことによ
り上記目的が達成される。

【００１６】前記光起電力素子と前記集積回路素子とが
電子回路基板に搭載されていてもよい。

【００１７】前記光起電力素子と前記集積回路素子とが
電子回路基板に搭載され、該光起電力素子に照射される
光起電力発生用の光を通す開口が該電子回路基板に設け
られていてもよい。

【００１８】前記光ガイド部が、光ガイド基板からな
り、該光ガイド基板を導かれる起電力発生用の光を前記
光起電力素子に照射する手段が該光ガイド基板に備わっ
ていてもよい。

【００１９】前記光ガイド基板を導かれる光のうち、前
記光起電力素子に照射される光を除いた光の該光ガイド
基板外への放射を防止する反射膜が該光ガイド基板に付
設されていてもよい。

【００２０】又、本発明の伝送システムは、入力信号用
の光を発する光源と、該光源からの入力信号用の光を導
く光ガイド部と、該光ガイド部を介して該光源からの入
力信号用の光を受けて任意の電気信号に変換する狭波長
域光起電力素子と、該狭波長域光起電力素子に隣接して
形成されると共に該狭波長域光起電力素子に接続され、
該狭波長域光起電力素子からの任意の電気信号が入力さ
れる集積回路素子とを備え、該光源と、該光ガイド部
と、該狭波長域光起電力素子と、該集積回路素子とが一
体に形成されており、そのことにより上記目的が達成さ
れる。

【００２１】前記光源と前記狭波長域光起電力素子を複
数備え、該光源から各光源毎に波長を異ならせて光を発
し、各光をそれぞれ別の狭波長域光起電力素子で受光し
てもよい。

【００２２】前記狭波長域光起電力素子と前記集積回路
素子とが電子回路基板に搭載されていてもよい。

【００２３】前記狭波長域光起電力素子と前記集積回路
素子とが電子回路基板に搭載され、該狭波長域光起電力
素子に照射される入力信号用の光を通す開口が該電子回
路基板に設けられていてもよい。

【００２４】前記光ガイド部が、光ガイド基板からな
り、該光ガイド基板を導かれる入力信号用の光を前記狭
波長域光起電力素子に照射する手段が該光ガイド基板に
備わっていてもよい。

【００２５】前記光ガイド基板を導かれる光のうち、前
記狭波長域光起電力素子に照射される光を除いた光の該
光ガイド基板外への放射を防止する反射膜が該光ガイド
基板に付設されていてもよい。

【００２６】更に、本発明の伝送システムは、起電力発
生用の光を発する第１の光源と、入力信号用の光を発す
る第２の光源と、該第１の光源からの起電力発生用の光
及び該第２の光源からの入力信号用の光を導く光ガイド
部と、該光ガイド部を介して該第１の光源からの起電力
発生用の光を受けて起電する光起電力素子と、該第２の
光源からの入力信号用の光を受けて任意の電気信号に変
換する狭波長域光起電力素子と、該光起電力素子及び該
狭波長域光起電力素子に隣接して形成されると共に該光
起電力素子及び該狭波長域光起電力素子に接続され、該
光起電力素子から供給される起電力を受けて駆動され、
且つ該狭波長域光起電力素子からの任意の電気信号が入
力される集積回路素子とを備え、該第１の光源と、該第
２の光源と、該光ガイド部と、該光起電力素子と、該狭
波長域光起電力素子と、該集積回路素子とが一体に形成
されており、そのことにより上記目的が達成される。

【００２７】前記第２の光源と前記狭波長域光起電力素
子を複数備え、該第２の光源から各第２の光源毎に波長
を異ならせて光を発し、各光をそれぞれ別の狭波長域光
起電力素子で受光してもよい。

【００２８】前記光起電力素子と、前記狭波長域光起電
力素子と前記集積回路素子とが電子回路基板に搭載され
ていてもよい。

【００２９】前記光起電力素子と、前記狭波長域光起電
力素子と前記集積回路素子とが電子回路基板に搭載さ
れ、該光起電力素子に照射される光起電力発生用の光と
該狭波長域光起電力素子に照射される入力信号用の光と
を通す開口が該電子回路基板に設けられていてもよい。

【００３０】前記光ガイド部が、光ガイド基板からな
り、該光ガイド基板を導かれる起電力発生用の光を前記
光起電力素子に照射する手段及び入力信号用の光を前記
狭波長域光起電力素子に照射する手段が該光ガイド基板
に備わっていてもよい。

【００３１】前記光ガイド基板を導かれる光のうち、前
記光起電力素子及び前記狭波長域光起電力素子に照射さ
れる光を除いた光の該光ガイド基板外への放射を防止す
る反射膜が該光ガイド基板に付設されていてもよい。

【００３２】前記光起電力素子が、離隔して配設された
ｐ電極及びｎ電極と、該ｐ電極と該ｎ電極との間に設け
られ、ｐ型半導体層とｎ型半導体層とを１組とする複数
組の半導体層が、各組の半導体層の該ｐ型半導体層を該
ｐ電極側となし、且つ該ｐ型半導体層と該ｎ型半導体層
との接合部の面積を該ｐ電極に近い組の方が該ｐ電極に
遠い組より大きくした状態で積層された積層体と、該積
層体の外表面に形成され、各ｎ型半導体層を、該当する
ｎ型半導体層に隣合う別の組のｐ型半導体層に短絡させ
る短絡用電極とを備えていてもよい。

【００３３】前記狭波長域光起電力素子が、離隔して配
設されたｐ電極及びｎ電極と、該ｐ電極と該ｎ電極との
間に設けられ、ｐ型半導体層とｎ型半導体層とを１組と
する複数組の半導体層が、各組の半導体層の該ｐ型半導
体層を該ｐ電極側となし、且つ該ｐ型半導体層と該ｎ型
半導体層との接合部の面積を該ｐ電極に近い組の方が該
ｐ電極に遠い組より大きくした状態で積層された積層体
と、該積層体の外表面に形成され、各ｎ型半導体層を、
該当するｎ型半導体層に隣合う別の組のｐ型半導体層に
短絡させる短絡用電極と該短絡用電極が形成された該積
層体を被って設けられ、入力信号用の光を透過させるフ
ィルタとして機能する光学多層膜とを備えていてもよ
い。

【００３４】

【作用】本発明の伝送システムにおいては、光起電力素
子による起電力を集積回路素子の電源として利用してい
るので、電気配線に換わり光ガイド基板等を用いて光パ
ワーを光起電力素子に伝送する。

【００３５】集積回路素子に入力される信号について
も、光学多層膜の作用により特定波長域の光線のみを検
出する狭波長域光起電力素子によって、光ガイド部の内
部を導かれた光信号を電気信号に変換して集積回路素子
に入力する。

【００３６】更に、光起電力素子と狭波長域光起電力素
子とを同時に備えることにより、集積回路素子の電源及
び入力信号を同時に伝送する。

【００３７】

【実施例】本発明の実施例について以下に説明する。

【００３８】〈第１実施例〉図１に本実施例の光パワー
伝送システムの模式図を示す。

【００３９】この光パワー伝送システムは、透明な光ガ
イド基板１の一端に光源２が設けられ、電子回路基板３
が光ガイド基板１上に積層されている。この電子回路基
板３上には電子回路部品４が搭載されている。

【００４０】光ガイド基板１は、電子回路基板３との界
面に反射膜１ａを有しており、この反射膜１ａには電子
回路部品４の搭載場所に対応させて、光ガイド基板１内
部を伝搬する光を取り出すために開口１ｂが設けられて
いる。電子回路基板３とは反対側の面には、開口１ｂに
光が集光するようにフレネルミラー１ｃが一体形成され
ている。

【００４１】電子回路基板３には、搭載されている電子
回路部品４に開口１ｂから取り出した光が届くように、
光ガイド基板１の開口１ｂに一致させて開口３ａが設定
されている。

【００４２】電子回路部品４の外観を図２（ａ）、
（ｂ）に示す。図２（ａ）は電子回路部品４の斜視図で
あり、図２（ｂ）は電子回路部品４の電子回路基板３側
から見た平面図である。

【００４３】電子回路部品４は、図２（ａ）に示すパッ
ケージ４ａに中に、図１に示すように、例えばＭＯＳ型
集積回路素子等の低消費電力型集積回路素子４ｂ及び光
起電力素子４ｃが隣接して形成されている。パッケージ
４ａは、通常の集積回路のパッケージと同じく樹脂など
でモールドしたものであり、図示するようにリードピン
４ｄが形成されている。図２（ｂ）に示すように、パッ
ケージ４ａの一部には保護用のガラスなどからなる窓４
ｅが設けられており、この窓４ｅの形成位置に光起電力
素子４ｃが実装されている。この電子回路部品４は、窓
４ｅを開口１ｂ及び開口３ａに一致させて電子回路基板
３にリードピン４ｄを半田することにより取り付けられ
ている。但し、光起電力素子４ｃの光軸をフレネルミラ
ー１ｃの光軸と一致させる。

【００４４】本実施例で使用する光起電力素子４ｃの上
面図を図３（ａ）に示し、断面図を図３（ｂ）に示す。

【００４５】この光起電力素子４ｃは、図示するよう
に、ｐ電極１１上に第１のｐ型半導体層１２、第１のｎ
型半導体層１３、第２のｐ型半導体層１４、第２のｎ型
半導体層１５、第３のｐ型半導体層１６、第３のｎ型半
導体層１７、第４のｐ型半導体層１８及び第４のｎ型半
導体層１９がこの順に積層形成され、その面積もこの順
で次第に小さくなっている。更に、第４のｎ型半導体層
１９上にはｎ電極２０が形成されている。第１のｎ型半
導体層１３と第２のｐ型半導体層１４とは短絡用電極２
１で短絡され、第２のｎ型半導体層１５と第３のｐ型半
導体層１６とは短絡用電極２２で短絡されており、第３
のｎ型半導体層１７と第４のｐ型半導体層１８とは短絡
用電極２３で短絡されている。

【００４６】上述のような光起電力素子４ｃの作製方法
を説明する。

【００４７】先ず、厚さ２００〜４００μｍの第１のｐ
型半導体層１２の表面に厚さ１０〜１００μｍの第１の
ｎ型半導体層１３をエピタキシャル成長させる。第１の
ｎ型半導体層１３上に厚さ１０〜１００μｍの第２のｐ
型半導体層１４をエピタキシャル成長させる。更に、第
２のｐ型半導体層１４上に、厚さ１０〜１００μｍの第
２のｎ型半導体層１５、厚さ１０〜１００μｍの第３の
ｐ型半導体層１６、厚さ１０〜１００μｍの第３のｎ型
半導体層１７、厚さ１０〜１００μｍの第４のｐ型半導
体層１８及び厚さ１０〜１００μｍの第４のｎ型半導体
層１９を順次エピタキシャル成長させる。

【００４８】次に、フォトエッチングにより、第４のｐ
型半導体層１８及び第４のｎ型半導体層１９をメサエッ
チングして図３（ｂ）に示すように側面に傾斜をつけ
る。続いて、第３のｐ型半導体層１６及び第３のｎ型半
導体層１７、第２のｐ型半導体層１４及び第２のｎ型半
導体層１５、第１のｐ型半導体層１２及び第１のｎ型半
導体層１３の順にメサエッチングを行う。

【００４９】最後に、この状態の半導体層からなる積層
体上全面に、蒸着法により金属を付着させ、フォトエッ
チングによりｐ電極１１、ｎ電極２０及び短絡用電極２
１、２２、２３にパターン形成し、熱処理を行うことで
オーミック性電極とする。

【００５０】後述する従来の光起電力素子は、誘電体分
離法の手法で形成されており、それに比べて比較的容易
な技術で作製することが出来る。

【００５１】上述のようにして作製された光起電力素子
４ｃは、第１のｐ型半導体層１２と第１のｎ型半導体層
１３との接合部、第２のｐ型半導体層１４と第２のｎ型
半導体層１５との接合部、第３のｐ型半導体層１６と第
３のｎ型半導体層１７との接合部及び第４のｐ型半導体
層１８と第４のｎ型半導体層１９との接合部の４組のｐ
・ｎ接合部を有す。

【００５２】この様な構造を有する光起電力素子４ｃに
おいて起電力を得る原理を、図４（ａ）、（ｂ）を参照
して説明する。尚、この光起電力素子４ｃは、各ｐ・ｎ
接合で発生する光電流を揃えるという理由により、４組
のｐ・ｎ接合部の受光域の受光量が各々一致するよう
に、受光面積を設定してある。

【００５３】図４（ａ）にこの光起電力素子４ｃに光が
照射されていない状態でのエネルギー帯構造を示し、図
４（ｂ）に光が照射されている状態でのエネルギー帯構
造を示す。

【００５４】光起電力素子４ｃに光が照射されていない
ときは、図４（ａ）中に一点鎖線で示すようにフェルミ
準位は全く一様であるので、光起電力は発生しない。

【００５５】これに対し、光起電力素子４ｃに光が照射
されているときは、図４（ｂ）中に一点鎖線で示すよう
に、光の吸収により各々のｐ・ｎ接合部でフェルミ準位
がｅＶｐだけ変化している。第１のｎ型半導体層１３と
第２のｐ型半導体層１４との間、第２のｎ型半導体層１
５と第３のｐ型半導体層１６との間及び第３のｎ型半導
体層１７と第４のｐ型半導体層１８との間は各々短絡用
電極２１、２２、２３によって、短絡されているので、
第１のｎ型半導体層１３と第２のｐ型半導体層１４、第
２のｎ型半導体層１５と第３のｐ型半導体層１６、及び
第３のｎ型半導体層１７と第４のｐ型半導体層１８とは
各々等電位である。従って、本実施例では、光起電力素
子４ｃに４組のｐ・ｎ接合部が構成されているので、
（４×Ｖｐ）の出力電圧が得られていることが分かる。

【００５６】なお、より大きな光起電力を発生させるた
めには、各層を形成する半導体の材料として、照射され
る光線の波長に対し量子効率の高いものを選ぶことが望
ましい。光源２としても、例えばハロゲンランプのよう
に、発する光が比較的波長帯域が広く、強度が大きいも
のが望ましい。

【００５７】本実施例の光起電力素子４ｃは、４組のｐ
・ｎ接合部を有する構造であるが、更に多くのｐ・ｎ接
合部を有する構造にしてもよい。

【００５８】以上の様な構成を有する光パワー伝送シス
テムに於ける動作を、図５（ａ）に示す構成図に基づい
て説明する。

【００５９】光源２より出射される光線は光ガイド基板
１の内部に閉じ込められ伝搬される。伝搬された光線
は、フレネルレンズ１ｃによって反射され、光ガイド基
板１の開口１ｂから取り出される。取り出された光線
は、電子回路基板３の開口３ａ及び電子回路部品４の窓
４ｅを通過して、電子回路部品４に実装搭載された光起
電力素子４ｃに照射される。

【００６０】光線を照射された光起電力素子４ｃにおい
ては、上述したように、光起電力が発生する。この光起
電力を電源としてＭＯＳ型集積回路素子等の低消費電力
型集積回路素子４ｂが直接駆動される。この時、図５
（ｂ）に示すように光起電力素子４ｃと並列に適度な容
量を持ったコンデンサー４ｆを形成すると、集積回路素
子４ｂの電源の安定性を得ることが出来る。

【００６１】本実施例の光パワー伝送システムにおいて
は、集積回路素子４ｂの電源を、電気配線ではなく、光
パワーとして光ガイド基板１を用いて伝送させている。
従って、電気配線は、集積回路素子４ｂと光起電力素子
４ｃとを接続する部分しか必要ではないので、極めて短
いものでよい。その結果、各種電子部品の電子回路基板
３上の搭載密度を高めることができることにより、機器
の小型化が図れ、且つ電源配線における誘導に伴うノイ
ズを低減することにより、機器の高信頼化が達成出来
る。

【００６２】尚、本実施例で使用した、大きな光起電力
を得ることが出来る光起電力素子４ｃとして、図６に示
すｐ・ｎ接合部の直列構成を有する従来の光起電力素子
（電子材料、１９８７年９月号、ｐ７８〜８４、シリコ
ン直接接着技術を用いたホトボルカプラとその応用）を
用いることもできる。

【００６３】この従来の光起電力素子は、図示するよう
に、ポリシリコンからなる基板１３１の一方の面に、ｐ
型半導体層１３２ａとｎ型半導体層１３２ｂとからなる
複数のｐ・ｎ接合部１３２が形成され各々ＳｉＯ₂膜１
３３によって分離されており、隣合うｐ・ｎ接合部１３
２が直列に接続されるように、Ａｌ配線１３４が形成さ
れている。

【００６４】しかし、この様な構造を有しているので、
本実施例で用いた垂直積層型の光起電力素子４ｃに比べ
て、素子が大型化する。又、本実施例のように、受光器
として用いる場合はｐ・ｎ接合部１３２の広がった面全
体にわたり光線を当てる必要があるので、照度の均一性
に注意する必要がある。

【００６５】〈第２実施例〉図７に本実施例の光パワー
及び信号伝送システムの模式図を示す。図１に示す光パ
ワー及び信号伝送システムと同様の働きをする部位には
図１と同じ符号を附している。

【００６６】この光パワー及び信号伝送システムは、透
明な光ガイド基板１の一端にパワー光源２ａ及び信号光
源２ｂが設けられ、電子回路基板３が光ガイド基板１上
に積層されている。この電子回路基板３上には電子回路
部品４が搭載されている。

【００６７】光ガイド基板１及び電子回路基板３は第１
実施例と同様の構成をしている。パワー光源２ａとして
は、比較的波長帯域が広く、強度の大きいものを用い、
信号光源２ｂとしては、比較的波長帯域が狭いものを用
いるのが望ましい。

【００６８】電子回路部品４は、第１実施例と同じく、
窓４ｅが形成されたパッケージ４ａに中に、集積回路素
子４ｂ、光起電力素子４ｃ及び狭波長域光起電力素子４
ｇが隣接して形成されている。電子回路基板３には開口
３ａが、窓４ｅと一致するように形成されており、パワ
ー光源２ａ及び信号光源２ｂからの光線が、光起電力素
子４ｃ及び狭波長域光起電力素子４ｇに照射されるよう
になっている。光起電力素子４ｃとしては、第１実施例
と同様に図３に示す構造のものを用いる。

【００６９】図８に本実施例の狭波長域光起電力素子４
ｇの断面図を示す。図３に示す光起電力素子４ｃと同様
の働きをする部位には図３と同じ符号を附している。

【００７０】この狭波長域光起電力素子４ｇは、第１実
施例の光起電力素子４ｃと同様の構造を有する光起電力
素子のｎ電極２０側の表面のｐ・ｎ接合部の受光域を被
って、フィルタとして機能する光学多層膜２４が形成さ
れている。この光学多層膜２４は、特定の波長域の光し
か透過しないように、複数の膜を積層させて形成してあ
る。この積層させる膜の種類を変えることで、光学多層
膜２４の光透過域特性を変えることが出来る。

【００７１】本実施例の狭波長域光起電力素子４ｇは上
述のような構造を有しているので、材料として使用した
半導体の持つ光吸収域の範囲内で、任意に狭波長域光起
電力素子４ｇの感度波長を調整することが出来る。

【００７２】本実施例においては、狭波長域光起電力素
子４ｇでは、例えばクロック信号を扱うためのものであ
るので、光ガイド基板１内に共存するパワー光源２ａか
らの光線と信号光源２ｂからの光線とを波長分離して検
出を行う必要がある。従って、図８に示す狭波長域光起
電力素子４ｇの光学多層膜２４は、その感度波長が信号
光源２ｂの波長帯域と一致するように調節してある。

【００７３】以上の様な構成を有する光パワー及び信号
伝送システムに於ける動作を、図９（ａ）に示す構成図
に基づいて説明する。

【００７４】パワー光源２ａは、第１実施例の光源２と
同様で集積回路素子４ｂを駆動させるための光を出射す
る。これに対して、信号光源２ｂは、例えばクロック周
波数で駆動させる。パワー光源２ａ及び信号光源２ｂよ
り出射される光線は光ガイド基板１の内部に閉じ込めら
れ伝搬される。伝搬された光線は、フレネルレンズ１ｃ
によって反射され、光ガイド基板１の開口１ｂから取り
出される。取り出された光線は、電子回路基板３の開口
３ａ及び電子回路部品４の窓４ｅを通過して、電子回路
部品４に実装搭載された光起電力素子４ｃ及び狭波長域
光起電力素子４ｇに照射される。

【００７５】光起電力素子４ｃにおいては、第１実施例
と同様に光起電力が発生し、この光起電力を電源として
集積回路素子４ｂが直接駆動される。この時、図９
（ｂ）に示すように光起電力素子４ｃと並列に適度な容
量を持ったコンデンサー４ｆを形成すると、集積回路素
子４ｂの電源の安定性を得ることが出来る。

【００７６】狭波長域光起電力素子４ｇにおいては、上
述したように、光学多層膜２４によって信号光源２ｂの
波長帯域の光線のみが検出され、電気信号に変換され
る。本実施例では、この電気信号がクロック信号で、図
示するように集積回路素子４ｂに入力される。

【００７７】尚、狭波長域光起電力素子４ｇでは、クロ
ック信号だけではなく、同じ方法で種々の信号を伝送す
ることが出来る。

【００７８】本実施例の光パワー及び信号伝送システム
においては、集積回路素子４ｂの電源及び入力信号を、
電気配線ではなく、光パワー及び光信号として光ガイド
基板１を用いて伝送させている。従って、従来に比べ
て、電気配線を大幅に低減することが出来る。その結
果、各種電子部品の電子回路基板３上の搭載密度を高め
ることにより、機器の小型化が図れ、且つ、電源ライン
用の配線及び信号ライン用の配線における誘導に伴うノ
イズを低減することにより、機器の高信頼化が達成出来
る。

【００７９】尚、本実施例では、電子回路基板３に光起
電力素子４ｃと狭波長域光起電力素子４ｇとを同時に搭
載しているが、狭波長域光起電力素子４ｇのみを搭載し
て、集積回路素子４ｂへの入力信号のみを光配線化した
構成の信号伝送システムとすることも可能である。この
場合は、集積回路素子４ｂの電源は従来通り電気配線に
よることになり、パワー光源２ａは必要ない。

【００８０】〈第３実施例〉本実施例は電源及び複数の
信号を光配線化した光パワー及び信号伝送システムであ
る。

【００８１】この光パワー及び信号伝送システムは、図
７に示す第２実施例の光パワー及び信号伝送システムに
おいて、信号光源２ｂを伝送する信号の数だけ配し、そ
れぞれ感度波長が異なる狭波長域光起電力素子４ｇを伝
送する信号の数だけ配している。

【００８２】この光パワー及び信号伝送システムにおい
ては、集積回路素子４ｂを駆動させるための電源は第１
及び第２実施例と同様の原理で、光ガイド基板１により
光配線化して伝送する。集積回路素子４ｂへの入力信号
についても、第２実施例と同様の原理で、各々の信号光
源２ｂを変調させて光信号を発信させて光ガイド基板１
を伝搬させ、その光信号が、信号光源２ｂの波長に対応
するように光学多層膜２４が調整された狭波長域光起電
力素子４ｇによって電気信号に変換される。この電気信
号が集積回路素子４ｂに入力される。

【００８３】本実施例において、信号光源２ｂとして、
その発振波長域がある幅を持っているような発光ダイオ
ードを用いた場合は、受光側である狭波長域光起電力素
子４ｇの光学多層膜２４の設計を変更して感度波長を調
節することで複数の信号の伝送が可能になる。この場合
には、発光ダイオードの設計変更は必要ではなく、その
発振波長域の一部を重複しないように各々の狭波長域光
起電力素子４ｂの感度波長に割り当てることで、同じ設
計の同じ半導体材料でできた発光ダイオードを使用する
ことが出来る。

【００８４】本実施例の光パワー及び信号伝送システム
においては、集積回路素子４ｂの電源及び複数の入力信
号を、光ガイド基板１を用いて伝送させているので、従
来に比べて電気配線を大幅に低減することが出来る。そ
の結果、第１及び第２実施例と同様に機器の小型化及び
高信頼化が達成出来る。

【００８５】尚、本実施例では、電子回路基板３に光起
電力素子４ｃと狭波長域光起電力素子４ｇとを同時に搭
載しているが、第２実施例と同様に、狭波長域光起電力
素子４ｇのみを搭載して、信号伝送システムとすること
も可能である。この場合も、集積回路素子４ｂの電源は
従来通り電気配線によることになり、パワー光源２ａは
必要ない。

【００８６】上記第１乃至第３実施例においては、光ガ
イド基板１の内部を伝搬する光線を取り出すためにフレ
ネルレンズ１ｃを使用しているが、そのほかにも、反射
ミラーやグレーティング等の光学素子を取り付け、又
は、それらの光学素子を光ガイド基板１と一体形成する
構成によっても上記実施例と同様の効果が得られる。

【００８７】〈第４実施例〉図１０に、本実施例の光パ
ワー伝送システムの模式図を示す。この光パワー伝送シ
ステムでは、第１乃至第３実施例と異なり光ガイド基板
を使用しない。

【００８８】この光パワー伝送システムは、電子回路基
板３上に多数個の電子回路部品４が搭載されており、電
子回路基板３を挟んで電子回路部品４とは反対側に対向
させて、光源２ｃとして多数個の発光ダイオードが搭載
されている。電子回路部品４は、第１実施例と同じく、
窓４ｅが形成されたパッケージ４ａに中に、集積回路素
子４ｂ及び光起電力素子４ｃが隣接して形成されてい
る。電子回路基板３には開口３ａが、窓４ｅと一致する
ように形成されており、光源２ｃからの光線を電子回路
部品４に取り込めるようになっている。光起電力素子４
ｃも第１実施例と同様に図３に示す構造のものを用い
る。

【００８９】上述のような構造を有する光パワー伝送シ
ステムに於て、光源２ｃから発せられた光線は、光起電
力素子４ｃに照射され、光起電力に変換される。この光
起電力が、直接に集積回路素子４ｂの駆動に作用する。

【００９０】本実施例の光パワー伝送システムによって
も、電気配線の大幅な低減が図れるので、各種機器の高
密度実装化を促進でき、且つ電源配線における誘導に伴
うノイズを低減することにより、機器の高信頼化が達成
出来る。

【００９１】本実施例では光源２ｃを電子回路基板３を
挟んで電子回路部品４とは反対側に形成しているが、光
源２ｃを電子回路基板３に対して電子回路部品４と同じ
側に配しても構わない。この時は、パッケージ４ａに形
成する窓４ｅは光源２ｃ側に設け、電子回路基板３の開
口３ａは必要ない。

【００９２】〈第５実施例〉本実施例の信号伝送システ
ムは、図１０に示す第４実施例の光パワー伝送システム
において、光起電力素子４ｃの代わりに狭波長域光起電
力素子を用いる。

【００９３】光源２ｃによる光線の波長を光源２ｃ毎に
変えて、それに対応させて狭波長域光起電力素子の光学
多層膜の設定を選択することで、空間多重信号伝送が可
能になる。尚、伝送させる信号は１種類でも構わない。

【００９４】本実施例の信号伝送システムにおいては、
集積回路素子４ｂの入力信号を空間伝送させているの
で、従来に比べて、電気配線を低減させることが出来
る。その結果、他の実施例と同様の効果が得られる。

【００９５】本実施例と第４実施例とを組み合わせて、
電子回路部品４に光起電力素子４ｃ及び狭波長域光起電
力素子４ｇを実装させて、光パワー及び信号伝送システ
ムにすれば、より大幅に電気配線を低減させることが出
来る。

【００９６】〈第６実施例〉図１１に本実施例の光パワ
ー伝送システムの模式図を示す。

【００９７】この光パワー伝送システムは、電子回路基
板３上に多数個の電子回路部品４が搭載されており、電
子回路基板３を挟んで電子回路部品４とは反対側に、端
部に光源２が設けられた反射ミラー５が対向配設されて
いる。この反射ミラー５は光源２からの光線を電子回路
基板３の方向に集光させる働きをする。電子回路部品４
は、第１実施例と同じく、窓４ｅが形成されたパッケー
ジ４ａに中に、集積回路素子４ｂ及び光起電力素子４ｃ
が隣接して形成されている。電子回路基板３には開口３
ａが、窓４ｅと一致するように形成されており、光源２
からの光線を電子回路部品４に取り込めるようになって
いる。光起電力素子４ｃも第１実施例と同様に図３に示
す構造のものを用いる。

【００９８】上述のような構造を有する光パワー伝送シ
ステムに於て、光源２から発せられた光線は、反射ミラ
ー５によって反射されて光起電力素子４ｃに照射され
る。照射された光線は、光起電力素子４ｃで光起電力に
変換され、直接に集積回路素子４ｂを駆動させる。

【００９９】本実施例の光パワー伝送システムによって
も、電気配線の大幅な低減が図れ、他の実施例と同様の
効果が得られる。

【０１００】本実施例では光源２を電子回路基板３を挟
んで電子回路部品４とは反対側に形成しているが、第４
及び第５実施例と同様に、光源２を電子回路基板３に対
して電子回路部品４と同じ側に配しても構わない。この
時も、パッケージ４ａに形成する窓４ｅは光源２側に設
け、電子回路基板３の開口３ａは必要ない。

【０１０１】本実施例において、光源２を信号光源に
し、光起電力素子４ｃを狭波長域光起電力素子４ｇにす
ることで、信号伝送システムを構成することもできる。
又、第２実施例のように、光源２としてパワー光源２ａ
及び信号光源２ｂを備えさせ、電子回路部品４に光起電
力素子４ｃ及び狭波長域光起電力素子４ｇを実装させる
ことにより、光パワー及び信号伝送システムを構成する
こともできる。

【０１０２】上記第１乃至第６実施例では、光起電力素
子４ｃは集積回路素子４ｂと一体形成した構成を採用し
ているが、光起電力素子４ｃのみを単独でモールドして
おき、従来の集積回路素子４ｂを積み上げ状に形成した
構成を用いてもよい。

【０１０３】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の伝送システムによれば、比較的容易な技術で、各種電
子部品の搭載密度を高めることができ、機器の小型化を
図ることができる。更に、電気配線における誘導に伴う
ノイズ及びクロストークを低減することにより、機器の
高信頼化が達成出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例の光パワー伝送システムの模式図で
ある。

【図２】図１に示す光パワー伝送システムにおける電子
回路部品の外観を表す図である。

【図３】（ａ）は図１に示す光パワー伝送システムにお
ける光起電力素子の平面図であり、（ｂ）はその光起電
力素子の断面図である。

【図４】（ａ）は図３に示す光起電力素子に光が照射さ
れていない状態でのエネルギー帯構造を示す図であり、
（ｂ）は光が照射されている状態でのエネルギー帯構造
を示す図である。

【図５】（ａ）は図１に示す光パワー伝送システムの電
子回路部品の等価回路図であり、（ｂ）はその応用例に
おける電子回路部品の等価回路図である。

【図６】従来の光起電力素子の断面図である。

【図７】第２実施例の光パワー及び信号伝送システムの
模式図である。

【図８】図７に示す光パワー及び信号伝送システムにお
ける狭波長域光起電力素子の断面図である。

【図９】（ａ）は図７に示す光パワー及び信号伝送シス
テムの電子回路部品の等価回路図であり、（ｂ）はその
応用例における電子回路部品の等価回路図である。

【図１０】第４実施例の光パワー伝送システムの模式図
である。

【図１１】第６実施例の光パワー伝送システムの模式図
である。

【図１２】従来のＭＯＳ型集積回路素子の駆動回路の一
般的構成を示す図である。

【図１３】従来の光バスの断面図である。

【図１４】従来のプレーナ型光集積の概念図である。

【図１５】従来の光学式ピックアップの模式図である。

【符号の説明】

１ 光ガイド基板 １ａ 反射膜 １ｂ 開口 １ｃ フレネルレンズ ２ 光源 ２ａ パワー電源 ２ｂ 信号電源 ３ 電子回路基板 ３ａ 開口 ４ 電子回路部品 ４ａ パッケージ ４ｂ 集積回路素子 ４ｃ 光起電力素子 ４ｄ リードピン ４ｆ コンデンサー ４ｇ 狭波長域光起電力素子 ５ 反射ミラー １１ ｐ電極 １２、１４、１６、１８ ｐ型半導体層 １３、１５、１７、１９ ｎ型半導体層 ２０ ｎ電極 ２１、２２、２３ 短絡用電極 ２４ 光学多層膜

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭55−4199（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−24832（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−68196（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−68197（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−98130（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−117150（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−241004（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H01L 27/04 H01L 27/15 H01L 31/04 H02J 17/00 H04B 10/00 - 10/28

Claims (19)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 起電力発生用の光を発する光源と、 該光源からの起電力発生用の光を導く光ガイド部と、 該光ガイド部を介して該光源からの起電力発生用の光を
   受けて起電する光起電力素子と、該光起電力素子に隣接して形成されると共に 該光起電力
   素子に接続され、該光起電力素子から供給される起電力
   を受けて駆動される集積回路素子とを備え、 該光源と、該光ガイド部と、該光起電力素子と、該集積
   回路素子とが一体に形成された、 伝送システム。
2. 【請求項２】 前記光起電力素子と前記集積回路素子と
   が電子回路基板に搭載された請求項１に記載の伝送シス
   テム。
3. 【請求項３】 前記光起電力素子と前記集積回路素子と
   が電子回路基板に搭載され、該光起電力素子に照射され
   る光起電力発生用の光を通す開口が該電子回路基板に設
   けられた請求項１に記載の伝送システム。
4. 【請求項４】 前記光ガイド部が、 光ガイド基板からなり、該光ガイド基板を導かれる起電
   力発生用の光を前記光起電力素子に照射する手段が該光
   ガイド基板に備わった請求項１に記載の伝送システム。
5. 【請求項５】 前記光ガイド基板を導かれる光のうち、
   前記光起電力素子に照射される光を除いた光の該光ガイ
   ド基板外への放射を防止する反射膜が該光ガイド基板に
   付設された請求項４に記載の伝送システム。
6. 【請求項６】 入力信号用の光を発する光源と、 該光源からの入力信号用の光を導く光ガイド部と、 該光ガイド部を介して該光源からの入力信号用の光を受
   けて任意の電気信号に変換する狭波長域光起電力素子
   と、該狭波長域光起電力素子に隣接して形成されると共に 該
   狭波長域光起電力素子に接続され、該狭波長域光起電力
   素子からの任意の電気信号が入力される集積回路素子と
   を備え、 該光源と、該光ガイド部と、該狭波長域光起電力素子
   と、該集積回路素子とが一体に形成された、 伝送システム。
7. 【請求項７】 前記光源と前記狭波長域光起電力素子を
   複数備え、該光源から各光源毎に波長を異ならせて光を
   発し、各光をそれぞれ別の狭波長域光起電力素子で受光
   する請求項６に記載の伝送システム。
8. 【請求項８】 前記狭波長域光起電力素子と前記集積回
   路素子とが電子回路基板に搭載された請求項６又は７に
   記載の伝送システム。
9. 【請求項９】 前記狭波長域光起電力素子と前記集積回
   路素子とが電子回路基板に搭載され、該狭波長域光起電
   力素子に照射される入力信号用の光を通す開口が該電子
   回路基板に設けられた請求項６又は７に記載の伝送シス
   テム。
10. 【請求項１０】 前記光ガイド部が、 光ガイド基板からなり、該光ガイド基板を導かれる入力
    信号用の光を前記狭波長域光起電力素子に照射する手段
    が該光ガイド基板に備わった請求項６又は７に記載の伝
    送システム。
11. 【請求項１１】 前記光ガイド基板を導かれる光のう
    ち、前記狭波長域光起電力素子に照射される光を除いた
    光の該光ガイド基板外への放射を防止する反射膜が該光
    ガイド基板に付設された請求項１０に記載の伝送システ
    ム。
12. 【請求項１２】 起電力発生用の光を発する第１の光源
    と、 入力信号用の光を発する第２の光源と、 該第１の光源からの起電力発生用の光及び該第２の光源
    からの入力信号用の光を導く光ガイド部と、 該光ガイド部を介して該第１の光源からの起電力発生用
    の光を受けて起電する光起電力素子と、 該第２の光源からの入力信号用の光を受けて任意の電気
    信号に変換する狭波長域光起電力素子と、該光起電力素子及び該狭波長域光起電力素子に隣接して
    形成されると共に 該光起電力素子及び該狭波長域光起電
    力素子に接続され、該光起電力素子から供給される起電
    力を受けて駆動され、且つ該狭波長域光起電力素子から
    の任意の電気信号が入力される集積回路素子とを備え、 該第１の光源と、該第２の光源と、該光ガイド部と、該
    光起電力素子と、該狭波長域光起電力素子と、該集積回
    路素子とが一体に形成された、 伝送システム。
13. 【請求項１３】前記第２の光源と前記狭波長域光起電力
    素子を複数備え、該第２の光源から各第２の光源毎に波
    長を異ならせて光を発し、各光をそれぞれ別の狭波長域
    光起電力素子で受光する請求項１２に記載の伝送システ
    ム。
14. 【請求項１４】 前記光起電力素子と、前記狭波長域光
    起電力素子と前記集積回路素子とが電子回路基板に搭載
    された請求項１２又は１３に記載の伝送システム。
15. 【請求項１５】 前記光起電力素子と、前記狭波長域光
    起電力素子と前記集積回路素子とが電子回路基板に搭載
    され、該光起電力素子に照射される光起電力発生用の光
    と該狭波長域光起電力素子に照射される入力信号用の光
    とを通す開口が該電子回路基板に設けられた請求項１２
    又は１３に記載の伝送システム。
16. 【請求項１６】 前記光ガイド部が、 光ガイド基板からなり、該光ガイド基板を導かれる起電
    力発生用の光を前記光起電力素子に照射する手段及び入
    力信号用の光を前記狭波長域光起電力素子に照射する手
    段が該光ガイド基板に備わった請求項１２又は１３に記
    載の伝送システム。
17. 【請求項１７】 前記光ガイド基板を導かれる光のう
    ち、前記光起電力素子及び前記狭波長域光起電力素子に
    照射される光を除いた光の該光ガイド基板外への放射を
    防止する反射膜が該光ガイド基板に付設された請求項１
    ２又は１３に記載の伝送システム。
18. 【請求項１８】 前記光起電力素子が、 離隔して配設されたｐ電極及びｎ電極と、 該ｐ電極と該ｎ電極との間に設けられ、ｐ型半導体層と
    ｎ型半導体層とを１組とする複数組の半導体層が、各組
    の半導体層の該ｐ型半導体層を該ｐ電極側となし、且つ
    該ｐ型半導体層と該ｎ型半導体層との接合部の面積を該
    ｐ電極に近い組の方が該ｐ電極に遠い組より大きくした
    状態で積層された積層体と、 該積層体の外表面に形成され、各ｎ型半導体層を、該当
    するｎ型半導体層に隣合う別の組のｐ型半導体層に短絡
    させる短絡用電極とを備えた請求項１、１２又は１３に
    記載の伝送システム。
19. 【請求項１９】 前記狭波長域光起電力素子が、 離隔して配設されたｐ電極及びｎ電極と、 該ｐ電極と該ｎ電極との間に設けられ、ｐ型半導体層と
    ｎ型半導体層とを１組とする複数組の半導体層が、各組
    の半導体層の該ｐ型半導体層を該ｐ電極側となし、且つ
    該ｐ型半導体層と該ｎ型半導体層との接合部の面積を該
    ｐ電極に近い組の方が該ｐ電極に遠い組より大きくした
    状態で積層された積層体と、 該積層体の外表面に形成され、各ｎ型半導体層を、該当
    するｎ型半導体層に隣合う別の組のｐ型半導体層に短絡
    させる短絡用電極と該短絡用電極が形成された該積層体
    を被って設けられ、入力信号用の光を透過させるフィル
    タとして機能する光学多層膜とを備えた請求項６、７、
    １２又は１３に記載の伝送システム。