(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベース基板の主面上に、複数の集積回路素子と電気−光学変換素子を搭載した電気配線と光配線を混載した配線層を形成し、上記集積回路素子間で電気信号と光信号による信号授受を行うハイブリットモジュール基板であり、
上記光配線が、
上記ベース基板の主面上に形成した平坦化された主面を有する第１クラッド層と、
上記第１クラッド層の主面上に、その屈折率よりも大きな屈折率特性と熱・光学効果特性を有するコア形成材料によりパターン形成されて第１の光信号を第１の伝播モードで伝送する第１のコア層と、
上記第１クラッド層上に上記第１のコア層を封止して積層形成され、平坦化された主面を有する第２クラッド層と、
上記第２クラッド層の主面上に、光信号の伝播方向の一部で上記第１のコア層を伝送される上記第１の光信号との伝播モード分布の重なり結合が生じる対向間隔を保持して積層形成され、この重なり結合が生じる結合領域をスイッチング領域として構成してなり、第２の光信号を第２の伝播モードで伝送する第２のコア層と、
上記第２クラッド層の主面上に上記第２のコア層を封止して積層形成され、平坦化された主面を有する第３クラッド層と、
上記第３クラッド層の主面上に、上記スイッチング領域と対向して積層形成された金属薄膜層からなり、電流供給により発熱して上記第１のコア層と上記第２のコア層を加熱することによりこれら第１のコア層と第２のコア層との間で熱・光学効果特性による屈折率の変化を生じさせて上記第１の光信号と上記第２の光信号の切換や変換を行う光スイッチとから構成され、
第１の集積回路素子から出力された電気信号が、第１の電気−光学変換素子により光信号に変換されて上記光配線を伝送され、
上記スイッチング領域において、電力供給制御手段により上記光スイッチへの電流供給量を制御して上記第１のコア層と上記第２のコア層に対する加熱温度を調整してそれぞれの屈折率の特性を変化させることにより、伝播する複数の光信号から所定の波長を有する光信号の切換や変換を行って第２の電気−光学変換素子への伝送が行われ、
上記第２の電気−光学変換素子において上記光信号から変換された電気信号が第２の集積回路素子に入力されることにより、
上記集積回路素子間で電気信号と光信号による信号授受を行うハイブリットモジュール基板。
【請求項２】
上記光配線が、上記第１クラッド層と上記第１のコア層と上記第２クラッド層と上記第２のコア層と上記第３クラッド層と上記光スイッチの積層体を第１層の光配線層として構成し、上記第３クラッド層上に同等の層構造からなる積層体からなる光配線層を多層に形成して構成され、
各層の光スイッチを光信号の伝播方向に対して異なる位置に形成する請求項１に記載のハイブリットモジュール基板。
【請求項３】
ベース基板の主面上に、複数の集積回路素子と電気−光学変換素子を搭載した電気配線と光配線を混載した配線層を形成し、上記集積回路素子間で電気信号と光信号による信号授受を行うハイブリットモジュール基板の製造方法であり、
上記ベース基板の主面上にクラッド層形成材料を用いて平坦化された主面を有する第１クラッド層を形成する工程と、
上記第１クラッド層の主面上に、上記クラッド層形成材料よりも大きな屈折率特性と熱・光学効果特性を有するコア形成材料を用いて第１の光信号を第１の伝播モードで伝送する第１のコア層をパターン形成する工程と、
上記第１クラッド層上に上記クラッド層形成材料を用いて上記第１のコア層を封止するとともに平坦化された主面を有する第２クラッド層を積層形成する工程と、
上記第２クラッド層の主面上に、上記コア形成材料を用いて第２の光信号を第２の伝播モードで伝送する所定パターンからなり、光信号の伝播方向の一部で上記第１の光信号との伝播モード分布の重なり結合が生じる対向間隔を保持しかつこの重なり結合が生じる結合領域をスイッチング領域として構成する第２のコア層を積層形成する工程と、
上記第２クラッド層の主面上に上記クラッド層形成材料を用いて上記第２のコア層を封止するとともに平坦化された主面を有する第３クラッド層を積層形成する工程と、
上記第３クラッド層の主面上に成膜した金属薄膜層にパターン形成処理を施し、上記スイッチング領域と対向して電流供給により発熱して上記第１のコア層と上記第２のコア層を加熱することによりこれら第１のコア層と第２のコア層との間で熱・光学効果特性による屈折率の変化を生じさせて上記第１の光信号と上記第２の光信号の切換や変換を行う光スイッチを構成する金属薄膜層及び所定の電気配線パターンを形成する工程と
を経て光配線と電気配線を混載した上記配線層を形成し、
上記配線層の主面上に、複数の上記集積回路素子と上記電気−光学変換素子を実装する工程を有し、
第１の集積回路素子から出力された電気信号が第１の電気−光学変換素子により光信号に変換されて上記光配線を伝送され、上記スイッチング領域において電力供給制御手段により上記光スイッチへの電流供給量を制御して上記第１のコア層と上記第２のコア層に対する加熱温度を調整してそれぞれの屈折率の特性を変化させることにより伝播する複数の光信号から所定の波長を有する光信号の切換や変換を行って第２の電気−光学変換素子への伝送が行われ、上記第２の電気−光学変換素子において上記光信号から変換された電気信号が第２の集積回路素子に入力されることにより、上記集積回路素子間で電気信号と光信号による信号授受を行うハイブリットモジュール基板を製造する
ハイブリットモジュール基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ベース基板の主面上に、複数の集積回路素子と電気−光学変換素子を搭載した電気配線と光配線を混載した配線層を形成し、集積回路素子間で電気信号と光信号による信号授受を行うハイブリットモジュール基板及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、パーソナルコンピュータ、デジタル電話機、ビデオ機器、オーディオ機器等の各種デジタル電子機器には、各種のＩＣ（Integrated Circuit）素子やＬＳＩ（Large Scale Integration）素子、メモリ素子等の多数個の集積回路素子が備えられている。集積回路素子は、配線パターンの微細化、ＩＣパッケージの小型化や集積規模の飛躍的な向上、多ピン化或いはＣＳＰ（chip size package）実装法等の実装方法の改善によって小型軽量化や薄型化が図られるとともに、高機能化や多機能化、動作速度の大幅な向上による高速処理化等が図られている。
【０００３】
集積回路素子等の信号伝送は、一般にボード内に搭載された集積回路素子間等のように比較的短い距離の場合も、電気配線を伝送される電気信号によって行われている。信号伝送においては、今後情報信号の高速伝送化や信号パターンの高密度化等によってさらなる性能の向上が図られているが、電気配線による対応ではその限界がある。すなわち、電気配線による信号伝送は、配線パターン内において発生するＣＲ（Capacitance-Resistance）時定数による信号伝送の遅延、ＥＭＩ（Electromagnetic Interference）ノイズやＥＭＣ（Electoromagnetic Compatibility）或いは各配線パターン間のクロストーク等の問題に対する対応が必要となる。
【０００４】
信号伝送においては、上述した電気配線による電気信号の伝送方式の問題を解決するために、光信号配線や光インターコネクション等によって構成される光学配線技術を用いた光信号伝送の採用が注目されている。光信号伝送は、機器間や機器に搭載されたボード間或いはボード内の各集積回路素子間に伝送される情報信号等を高速で伝送することを可能とする。光信号伝送は、特に集積回路素子間のように短距離の信号伝送を行う場合に、集積回路素子を実装した基板上に光導波路を形成することによって、この光導波路を伝送路として光信号を高速かつ大容量を以って伝送し、情報信号等の伝送システムを好適に構築することを可能とする。
【０００５】
各種の電子機器等においては、上述した光信号伝送を行う場合に、電気配線と光配線とを混載したハイブリット型配線基板が備えられる。ハイブリット型配線基板は、例えばシリコン基板やガラス基板のように平坦な主面を有する基板を用いて、この基板の主面上に精密かつ微細化された薄膜多層の電気配線パターンを形成するとともに光導波路を形成する。光導波路には、光導波路の形成材料として例えばリソグラフィック技術によってパターン形成が低温プロセスで可能な導光性を有する樹脂材が好適に用いられる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述したハイブリット型配線基板においては、複数個の集積回路素子等を備えてこれらの素子間で相互に信号授受等を行う場合に、伝送路の切換制御を行うためのスイッチ手段が設けられる。ハイブリット型基板においては、かかるスイッチ手段に、光配線中を伝送される光信号が電気信号に変換されることなく直接切換えられたり変換されたりする光スイッチを用いることが好ましい。ハイブリット型基板は、光スイッチによって電気信号に変換する際の光信号の伝送ロスを抑制して、高速かつ高容量化を保持して切換或いは変換されて伝送が行われるようにする。
【０００７】
光スイッチについては、例えばＬｉＮｂＯ３結晶とＴｉ等の強誘電体材料と光半導体材料とを用いた電気光学型スイッチ、半導体材料を用いた光ゲート型スイッチ、表面弾性波による導波光の回析効果を利用した音響・光学型スイッチ、希土類ガーネット材料等の磁気光学効果の大きい材料を用いた磁気・光学型スイッチ或いは誘電体の温度変化による屈折率の変化を利用した熱・光学効果型スイッチ等の各種の光スイッチが提案されている。
【０００８】
しかしながら、上述した従来の各光スイッチは、いずれも比較的高価であるとともに光導波路と独立したディバイスとして光配線中に設けられる。従来の各光スイッチにおいては、光配線との接続作業が面倒でありかつ接続部位において損失が生じるといった問題があった。
【０００９】
また、ハイブリット型基板においては、各集積回路素子間において例えばコントロール信号、データ信号或いはアドレス信号等の複数の信号伝送が行われることが多い。したがって、ハイブリット型基板においては、複数の光配線を同時にスイッチング可能な光スイッチも望まれている。かかる光スイッチとしては、上述した個別の光スイッチを基板上にマトリックス状に集積して構成したものが提案されているが、構造が複雑であるとともに高価であった。
【００１０】
したがって、本発明は、ベース基板の主面上に、複数の集積回路素子と電気−光学変換素子を搭載した電気配線と光配線を混載した配線層を形成し、この配線層内に多層化された複数のコア層と光スイッチを有して集積回路素子間で電気信号と光信号による信号授受を行い、光スイッチにより伝送される複数の光信号の切換や変換を、損失を低減して高精度に行うことが可能な構造簡易で小型かつ廉価なハイブリットモジュール基板及びその製造方法を提供することを目的に提案されたものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上述した目的を達成する本発明にかかるハイブリットモジュール基板は、ベース基板の主面上に、複数の集積回路素子と電気−光学変換素子を搭載した電気配線と光配線を混載した配線層を形成し、集積回路素子間で電気信号と光信号による信号授受を行う。ハイブリットモジュール基板は、配線層の光配線が、第１クラッド層と、第１のコア層と、第２クラッド層と、第２のコア層と、第３クラッド層と、光スイッチとから構成される。ハイブリットモジュール基板は、第１クラッド層が、ベース基板の主面上に平坦化された主面を有して形成される。ハイブリットモジュール基板は、第１のコア層が、第１クラッド層の主面上に、その屈折率よりも大きな屈折率特性と熱・光学効果特性を有するコア形成材料によりパターン形成され、第１の光信号を第１の伝播モードで伝送する。ハイブリットモジュール基板は、第２クラッド層が、第１クラッド層上に第１のコア層を封止し、平坦化された主面を有して積層形成される。ハイブリットモジュール基板は、第２のコア層が、第２クラッド層の主面上に、第２の光信号を第２の伝播モードで伝送するとともに光信号の伝播方向の一部で第１のコア層を伝送される第１の光信号との伝播モード分布の重なり結合が生じる対向間隔を保持して積層形成され、この重なり結合が生じる結合領域をスイッチング領域として構成してなる。ハイブリットモジュール基板は、第３クラッド層が、平坦化された主面を有して第２クラッド層の主面上に上記第２のコア層を封止して積層形成される。ハイブリットモジュール基板は、光スイッチが、第３クラッド層の主面上に、スイッチング領域と対向して積層形成された金属薄膜層からなり、電流供給により発熱して第１のコア層と第２のコア層を加熱することによりこれら第１のコア層と第２のコア層との間で熱・光学効果特性による屈折率の変化を生じさせて第１の光信号と第２の光信号の切換や変換を行う。
【００１２】
以上のように構成された本発明にかかるハイブリットモジュール基板によれば、例えば第１の集積回路素子と第２の集積回路素子間において電気配線による電気信号の授受とともに、第１の電気−光学変換素子と第２の電気−光学変換素子を介して光配線による光信号の授受を行う。ハイブリットモジュール基板によれば、第１の集積回路素子から出力された電気信号が、第１の電気−光学変換素子により光信号に変換されて光配線を電装される。ハイブリットモジュール基板によれば、スイッチング領域において、電力供給制御手段により光スイッチへの電流供給量を制御して第１のコア層と第２のコア層に対する加熱温度を調整してそれぞれの屈折率の特性を変化させることにより、伝播する複数の光信号から所定の波長を有する光信号の切換や変換を行って当該光信号の光配線を介して接続された第２の電気−光学変換素子への伝送が行われる。ハイブリットモジュール基板によれば、第２の電気−光学変換素子において光信号から変換された電気信号が第２の集積回路素子に入力される。ハイブリットモジュール基板によれば、積層形成された第１のコア層と第２のコア層とをスイッチング領域において光スイッチによりモード結合或いは非モード結合の状態としてそれぞれを伝播する光信号がスイッチング領域において切換或いは変換されて伝送されるようにする。ハイブリットモジュール基板によれば、構造が簡易であるとともに光信号が損失を低減され高速かつ効率的に伝送することを可能とする光スイッチを介して集積回路素子間において信号授受が行われるようにする。
【００１３】
また、上述した目的を達成する本発明にかかるハイブリットモジュール基板の製造方法は、  ベース基板の主面上に、複数の集積回路素子と電気−光学変換素子を搭載した電気配線と光配線を混載した配線層を形成し、集積回路素子間で電気配線による電気信号の授受とともに光配線による光信号の授受を行うハイブリットモジュール基板を製造する。ハイブリットモジュール基板の製造方法は、ベース基板の主面上にクラッド層形成材料を用いて平坦化された主面を有する第１クラッド層を形成する工程と、第１のコア層をパターン形成する工程と、第１クラッド層上にクラッド層形成材料を用いて第１のコア層を封止するとともに平坦化された主面を有する第２クラッド層を積層形成する工程と、第２のコア層を積層形成する工程と、第２クラッド層の主面上にクラッド層形成材料を用いて第２のコア層を封止するとともに平坦化された主面を有する第３クラッド層を積層形成する工程と、金属薄膜層及び所定の電気配線パターンを形成する工程とを経て、配線層を形成する。ハイブリットモジュール基板の製造方法は、配線層の主面上に、複数の集積回路素子と電気−光学変換素子を実装する工程を有する。ハイブリットモジュール基板の製造方法は、第１のコア層の形成工程が、第１クラッド層の主面上に、クラッド層形成材料よりも大きな屈折率特性と熱・光学効果特性を有するコア形成材料を用いて第１の光信号を第１の伝播モードで伝送する第１のコア層をパターン形成する。ハイブリットモジュール基板の製造方法は、第２のコア層の形成工程が、第２クラッド層の主面上に、コア形成材料を用いて第２の光信号を第２の伝播モードで伝送する所定パターンからなり、光信号の伝播方向の一部で第１の光信号との伝播モード分布の重なり結合が生じる対向間隔を保持しかつこの重なり結合が生じる結合領域をスイッチング領域として構成する第２のコア層を形成する。ハイブリットモジュール基板の製造方法は、第３クラッド層の主面上に成膜した金属薄膜層にパターン形成処理を施し、スイッチング領域と対向して電流供給により発熱して第１のコア層と第２のコア層を加熱することによりこれら第１のコア層と第２のコア層との間で熱・光学効果特性による屈折率の変化を生じさせて第１の光信号と第２の光信号の切換や変換を行う光スイッチを構成する金属薄膜層及び所定の電気配線パターンを形成する工程とを経て光配線と電気配線を混載した配線層を形成する。
【００１４】
上述した工程を有する本発明にかかるハイブリットモジュール基板の製造法によれば、例えば第１の集積回路素子と第２の集積回路素子間において電気配線による電気信号の授受とともに光配線による光信号の授受を行い、電力供給制御手段により光配線に形成した光スイッチへの電流供給量を制御して第１のコア層と第２のコア層に対する加熱温度を調整してそれぞれの屈折率の特性を変化させ、スイッチング領域において伝播する複数の光信号から所定の波長を有する光信号の切換や変換を行うハイブリットモジュール基板を製造する。ハイブリットモジュール基板の製造法によれば、一般的な半導体製造工程によりコア層とともに構造が簡易な光スイッチを電気−光学変換素子間の光配線に形成し、小型で薄型でありかつ光信号が損失を低減され高速かつ効率的に伝送することが可能なハイブリットモジュール基板を製造する。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。第１の実施の形態として図１に示したハイブリットモジュール基板２は、電気配線と光配線とを混載してなる配線層に、詳細を後述する光導波路型光スイッチ（以下、光スイッチと略称する。）１を光導波路及び配線パターンとともに直接形成してなる。ハイブリットモジュール基板２は、詳細を省略するが同図鎖線で示したマザー基板等の実装ボード３上にベース基板４が実装される。ハイブリットモジュール基板２には、ベース基板４に集積回路素子５Ａ，５Ｂが実装されており、これら集積回路素子５Ａ，５Ｂ間で電気配線と光配線とによって信号伝達が行われる。ハイブリットモジュール基板２は、伝送速度がやや低速であっても支障が少ないコントロール信号や電源供給等を電気配線によって行い、データ信号や画像信号等を光配線によって高速かつ大容量で伝送する。
【００１６】
ハイブリットモジュール基板２には、ベース基板４上に電気−光学変換素子６Ａ，６Ｂが実装されており、これら電気−光学変換素子６Ａ，６Ｂによって集積回路素子５Ａ，５Ｂの入出力信号を電気信号から光信号或いは光信号から電気信号へと変換する。ハイブリットモジュール基板２には、ベース基板４に電気−光学変換素子６Ａ，６Ｂ間で光信号を伝送する光配線を構成する詳細を後述する光学バス７が形成されている。ハイブリットモジュール基板２は、この光学バス７を構成要件として、詳細を後述する光信号の伝送方向の所定領域（以下、スイッチング領域と称する。）８に沿って金属薄膜層からなる光導波路加熱層９を形成して光スイッチ１を構成する。
【００１７】
ベース基板４には、精度の高い平坦面に形成される例えばシリコン基板やガラス基板が用いられ、後述する工程によって主面上に配線層が高精度に積層形成される。また、ベース基板４には、比較的廉価であるとともにスルーホール等を形成することも可能な有機基板も用いられる。ベース基板４は、かかる有機基板を用いた場合に、例えば主面上に形成された第１配線層に研磨処理を施して平坦化を施した後に上層の各配線層が高精度に積層形成される。
【００１８】
光学バス７は、詳細を後述するようにベース基板４上に薄膜技術等によって形成され、図２に示すように第１の光導波路１０と第２の光導波路１１とを上下２層に形成した２層構造からなる。光学バス７は、図４に示すように第１の光導波路１０に第１の光信号Ｓ１を伝播モードβ１で伝送し、第２の光導波路１１に第２の光信号Ｓ２を伝播モードβ２で伝送する。光学バス７は、第２の光導波路１１上に、さらに光導波路を積層形成して多層化して構成するようにしてもよい。光学バス７は、詳細を後述するようにスイッチング領域８において光スイッチ１によって第２の光導波路１１の屈折率が変化されることによって光学的なスイッチングが行われ、第１の光導波路１０と第２の光導波路１１との間で光信号の切換や変換が行われる。
【００１９】
第１の光導波路１０は、熱・光学効果特性を有する光導波路材料、例えば石英系材料やポリマー系材料、ポリイミド等の高分子系光導波路材料が用いられて、詳細を後述する工程が施されてベース基板４の主面上に形成される。第１の光導波路１０は、図３に示すように同一層内においてアレィ形成された第１個別コア層１２ａ乃至１２ｃからなる第１コア層１２と、この第１コア層１２よりも屈折率が小さくかつ各第１個別コア層１２ａ乃至１２ｃを一括して封止する第１下部クラッド層（第１クラッド層）１３及び第１上部クラッド層（第２クラッド層）１４とから構成される。第１の光導波路１０は、ベース基板４上に第１下部クラッド層１３を形成した後に、この第１下部クラッド層１３上に第１個別コア層１２ａ乃至１２ｃがパターン形成される。第１の光導波路１０は、これら第１個別コア層１２ａ乃至１２ｃを一括して封止するようにして第１下部クラッド層１３上に第１上部クラッド層１４が形成されてなる。
【００２０】
第１の光導波路１０には、各第１個別コア層１２ａ乃至１２ｃ内にそれぞれ光信号Ｓ１−ａ乃至Ｓ１−ｃが伝送される。第１の光導波路１０においては、各光信号Ｓ１−ａ乃至Ｓ１−ｃが第１下部クラッド層１３及び第１上部クラッド層１４とによって各第１個別コア層１２ａ乃至１２ｃ内に閉じ込められた状態でそれぞれ伝送される。第１の光導波路１０においては、各第１個別コア層１２ａ乃至１２ｃが、それぞれに伝送される光信号Ｓ１−ａ乃至Ｓ１−ｃが相互に干渉することなく独立して伝送されるに足る間隔を以って形成されている。
【００２１】
第２の光導波路１１も、第１の光導波路１０と同様に熱・光学効果特性を有する光導波路材料、例えば石英系材料やポリマー系材料，ポリイミド等の高分子系光導波路材料が用いられ、詳細を後述する工程を施されて第１の光導波路１０の第１上部クラッド層１４上に形成される。第２の光導波路１１も、第１上部クラッド層１４をベースとして同一層内においてアレィ形成された第２個別コア層１５ａ乃至１５ｃからなる第２コア層１５と、この第２コア層１５よりも屈折率が小さくかつ各第２個別コア層１５ａ乃至１５ｃを一括して封止する第２上部クラッド層（第３クラッド層）１６とから構成される。第２の光導波路１１は、第１上部クラッド層１４を下部クラッド層として兼用して第２個別コア層１５ａ乃至１５ｃをパターン形成した後に、第２上部クラッド層１６を形成してこれら第２個別コア層１５ａ乃至１５ｃを一括して封止してなる。
【００２２】
第２の光導波路１１には、各第２個別コア層１５ａ乃至１５ｃ内にそれぞれ光信号Ｓ２−ａ乃至Ｓ２−ｃが伝送される。第２の光導波路１１においては、各光信号Ｓ２−ａ乃至Ｓ２−ｃが第１上部クラッド層１４と第２上部クラッド層１６とによって各第２個別コア層１５ａ乃至１５ｃ内に閉じ込められた状態でそれぞれ伝送される。第２の光導波路１１においても、各第２個別コア層１５ａ乃至１５ｃが、それぞれに伝送される光信号Ｓ２−ａ乃至Ｓ２−ｃが相互に干渉することなく独立して伝送されるに足る間隔を以って形成されている。
【００２３】
光学バス７においては、上述した第１の光導波路１０の第１個別コア層１２ａ乃至１２ｃと第２の光導波路１１の第２個別コア層１５ａ乃至１５ｃとが、伝送方向の所定の長さＬの領域において互いに上下に対向して対をなすように形成されている。光学バス７においては、対をなす第１個別コア層１２ａ乃至１２ｃと第２個別コア層１５ａ乃至１５ｃとが、この領域内においてそれぞれに伝送される光信号Ｓ１−ａ乃至Ｓ１−ｃ及び光信号Ｓ２−ａ乃至Ｓ２−ｃが屈折率摂動によりモード分布を重なり結合する対向間隔を以って形成されることによってスイッチング領域８を構成する。
【００２４】
光学バス７においては、第１の光導波路１０と第２の光導波路１１とが、スイッチング領域８以外の領域でモード分布の結合が生じないように対向間隔を保持されて形成されている。光学バス７は、第１の光導波路１０と第２の光導波路１１とが、例えば図３に示すようにスイッチング領域８以外の領域でそれぞれ対をなす第１個別コア層１２ａ乃至１２ｃと第２個別コア層１５ａ乃至１５ｃとをそれぞれ上下に対向しないようにしてベース基板４上に適宜に引き回されてパターン形成される。
【００２５】
光学バス７には、図３及び図４に示すように、スイッチング領域８に対応する第２上部クラッド層１６上に、光スイッチ１を構成する光導波路加熱層９が成膜形成されている。光導波路加熱層９は、例えばチタン，タンタル或いはニッケル−クロム等のように比較的高い抵抗値特性を有する金属の薄膜層からなり、詳細を後述する光導波路加熱層形成工程によって例えば数千Å程度の厚みを以って成膜形成される。光導波路加熱層９は、電源部１７から電流が供給されることにより発熱して第２の光導波路１１を加熱する。光導波路加熱層９は、上述したように熱・光学効果特性を有する光導波路材料によって形成した第２の光導波路１１を加熱してその屈折率特性を変化させることで、この第２の光導波路１１と第１の光導波路１０との間で光信号Ｓ１と光信号Ｓ２のスイッチングが行われるようにする。光導波路加熱層９は、屈折率変化手段を構成する。
【００２６】
光導波路加熱層９は、加熱部１８と、接続部１９と、電極部２０とが一体に形成されてなる。加熱部１８は、図３に示すように、スイッチング領域８内において各第２個別コア層１５ａ乃至１５ｃに対して第２上部クラッド層１６を介してそれぞれ所定の長さで対向するように形成された互いに平行な第１の個別加熱部１８ａ乃至第３の個別加熱部１８ｃとからなる。接続部１９は、第１の個別加熱部１８ａの一端部から折曲形成されて第２の個別加熱部１８ｂの相対する端部と接続された第１の接続部１９ａと、第２の個別加熱部１８ｂの他端部から折曲形成されて第３の個別加熱部１８ｃの相対する端部と接続された第２の接続部１９ｅとからなる。
【００２７】
電極部２０は、第１の個別加熱部１８ａの他端部から側方へ折曲形成された第１の電極部２０ａと、第３の個別加熱部１８ｃの他端部から側方へ折曲形成された第２の電極部２０ｂとからなる。光導波路加熱層９は、第１の電極部２０ａと第２の電極部２０ｂとがそれぞれ電源部１７と接続されることによって、第１の個別加熱部１８ａ乃至第３の個別加熱部１８ｃが第１の接続部１９ｄと第２の接続部１９ｅとを介して互いに直列に接続されている。光導波路加熱層９は、第１の個別加熱部１８ａ乃至第３の個別加熱部１８ｃにより相対する第２個別コア層１５ａ乃至第２個別コア層１５ｃを同時に加熱し、熱・光学学効果によってそれぞれの屈折率を変化させる。
【００２８】
光スイッチ１は、上述したように第１の個別加熱部１８ａ乃至第３の個別加熱部１８ｃからなる加熱部１８と接続部１９と電極部２０とを一体に形成した光導波路加熱層９を有して、第１の光導波路１０の第１個別コア層１２ａ乃至１２ｃと対をなす第２の光導波路１１の第２個別コア層１５ａ乃至１５ｃとを一括してスイッチングするように構成される。したがって、光スイッチ１においては、構造が簡易であるとともに小型化を図って光学バス７中において光学的なスイッチングが行われるようにする。
【００２９】
なお、光スイッチ１は、例えば各第２個別コア層１５ａ乃至１５ｃに対して個別に配置されてこれらを加熱する独立した金属薄膜を設けるようにしてもよい。かかる光スイッチ１は、各金属薄膜に対して個別に電流供給を行うことによって第１個別コア層１２ａ乃至１２ｃと対をなす第２個別コア層１５ａ乃至１５ｃとについて個別にスイッチングを行うことを可能とする。
【００３０】
ところで、光学バス７においては、第１の光導波路１０と第２の光導波路１１とを伝送される光信号Ｓ１と光信号Ｓ２の波長λによって熱・光学効果特性が大きく変化するとともに波長分散性を有する。光学バス７においては、光導波路加熱層９による加熱温度によって、ある波長の光信号ではモード結合が生じるが他の波長の光信号ではモード結合が生じないといった状態を呈する。光スイッチ１は、図２に示すように電源部１７を制御する制御部２１を設けて光導波路加熱層９に対する供給電流量を制御するように構成してもよい。
【００３１】
光スイッチ１においては、光導波路加熱層９が供給電流量に応じて発熱量を制御されることにより、第２の光導波路１１の加熱状態を調整する。したがって、光スイッチ１は、制御部２１によって電源部１７から光導波路加熱層９に供給する電流量を制御することによって、光信号Ｓ１と光信号Ｓ２の波長λに応じて第１の光導波路１０と第２の光導波路１１との間の選択的なスイッチングを行うようにする。換言すれば、光スイッチ１は、ある特定波長λの光信号についてのみスイッチングを行う機能を有することで、光学バス７の一部に光フィルタ機能を付加する。
【００３２】
以上のように構成されたハイブリットモジュール基板２においては、例えば集積回路素子５Ａから出力された電気信号が電気−光学変換素子６Ａによって光信号に変換されて光学バス７を伝送される。ハイブリットモジュール基板２においては、光学バス７に設けた光スイッチ１のスイッチング動作により、伝送される光信号が第１の光導波路１０と第２の光導波路１１との間において適宜切換或いは変換が行われる。ハイブリットモジュール基板２においては、切換等が行われて光学バス７を伝送される光信号が電気−光学変換素子６Ｂによって電気信号に変換されて集積回路素子５Ｂに入力される。したがって、ハイブリットモジュール基板２においては、光学バス７に直接設けられた光スイッチ１によって光信号の切換等が行われることで、データ信号や画像信号等が損失を低減されて高速かつ大容量で伝送される。
【００３３】
また、ハイブリットモジュール基板２においては、光スイッチ１が制御部２１により光導波路加熱層９の発熱量が制御されることで、光学バス７の第２の光導波路１１の屈折率変化が調整される。ハイブリットモジュール基板２においては、これによって光学バス７を伝送される光信号の波長λに応じて光スイッチ１が選択的なスイッチング動作を行うことになる。ハイブリットモジュール基板２においては、例えば第１の光導波路１０を伝送されるある波長λ１の光信号Ｓ１がスイッチング領域８において第２の光導波路１１に移行するが、他の波長λ２の光信号Ｓ１についてはスイッチング領域８をそのまま通過して第１の光導波路１０を伝送されるようになる。
【００３４】
光スイッチ１は、以下に説明するスイッチング動作により、光学バス７を伝送される光信号Ｓ１と光信号Ｓ２との切換等を行う。
【００３５】
（１）β１＝β２の場合
光学バス７においては、第１の光導波路１０と第２の光導波路１１とが互いの伝播モードβ１，β２を等しくされて形成されている場合に、通常状態で図４に示すようにスイッチング領域８において屈折率摂動により伝播モードβ１，β２が互いに結合する状態となる。すなわち、光学バス７においては、上述したように第１の光導波路１０と第２の光導波路１１とがモード結合する対向間隔に設定されたスイッチング領域８において偶対称モードと奇対称モードとを励起する。光学バス７においては、これによりそれぞれの伝播モードがβ１，β２からβ０，βｅとなる。
【００３６】
光学バス７においては、第１の光導波路１０と第２の光導波路１１とに光信号Ｓ１と光信号Ｓ２とがそれぞれ伝送速度ｚで伝送される場合に、これら光信号Ｓ１と光信号Ｓ２との伝播モード間に（βｅ−β０）ｚの位相差が生じる。この位相差がπとなる、換言すれば位相整合が生じる光信号Ｓ１と光信号Ｓ２との伝播距離は、π／（βｅ−β０）である。したがって、光学バス７においては、スイッチング領域８の伝送方向の長さＬが、この伝播距離π／（βｅ−β０）と等しく設定されている。
【００３７】
したがって、光学バス７においては、通常状態において、図４に示すように第１の光導波路１０を伝送される光信号Ｓ１と第２の光導波路１１を伝送される光信号Ｓ２とがスイッチング領域８で、光信号Ｓ１と光信号Ｓ２との交換が行われる。すなわち、光学バス７においては、スイッチング領域８を通過することにより、第１の光導波路１０を伝送される光信号Ｓ１が第２の光導波路１１へと移送されるとともに、第２の光導波路１１を伝送される光信号Ｓ２が第１の光導波路１０へと移送されるようになる。光スイッチ１は、上下２層に形成された第１の光導波路１０と第２の光導波路１１との間において、それぞれに伝送される光信号Ｓ１と光信号Ｓ２との同時スイッチング動作を行う２対２の光スイッチを構成する。
【００３８】
上述した光学バス７に設けられた光スイッチ１は、電源部１７から光導波路加熱層９に対して電流が供給されて第２の光導波路１１を加熱することによりその屈折率を変化させることで、第１の光導波路１０と第２の光導波路１１とをそれぞれ伝送される光信号Ｓ１と光信号Ｓ２のスイッチングを行う。光スイッチ１は、電流が供給された光導波路加熱層９が発熱してスイッチング領域８において第２の光導波路１１を部分的に加熱する。第２の光導波路１１は、加熱されることによって、熱・光学学効果により加熱部位の屈折率が部分的に低下される。
【００３９】
光学バス７は、上述したように光スイッチ１の非動作時には第１の光導波路１０の伝播モードβ１と第２の光導波路１１の伝播モードβ２とが互いに等しくかつスイッチング領域８において互いにモード結合を生じるように構成されている。光スイッチ１は、スイッチング領域８において第２の光導波路１１の屈折率を変化させるように動作することで、第１の光導波路１０の伝播モードβ１と第２の光導波路１１の伝播モードβ２とを異なった状態とさせる。したがって、光学バス７においては、もはや第１の光導波路１０と第２の光導波路１１とがスイッチング領域８においても位相整合がとれなくなり、伝播モードの結合が生じない状態となる。光学バス７においては、光スイッチ１により、光信号Ｓ１が第２の光導波路１１へと移送されることなくそのまま第１の光導波路１０を伝送されるとともに、光信号Ｓ２が第１の光導波路１０へと移送されることなくそのまま第２の光導波路１１を伝送されるスイッチングが行われる。
【００４０】
（２）β１≠β２の場合
次に、光学バス７が、第１の光導波路１０と第２の光導波路１１との伝播モードβ１，β２が互いに異にして形成されている場合について説明する。なお、光学バス７は、第１の光導波路１０の伝播モードβ１と第２の光導波路１１の伝播モードβ２とが、β１＜β２に構成されているものとする。光学バス７においては、通常状態ではスイッチング領域８において伝播モードβ１，β２の位相整合がとれておらずモードの結合が生じない状態となっている。したがって、光学バス７においては、第１の光導波路１０と第２の光導波路１１とをそれぞれ伝送される光信号Ｓ１と光信号Ｓ２とがそのままスイッチング領域８を通過して伝送される。
【００４１】
光学バス７においては、電源部１７から光導波路加熱層９に対して電流を供給することにより光スイッチ１が動作することによって、スイッチング領域８において光信号Ｓ１と光信号Ｓ２とのスイッチングが行われる。光スイッチ１は、電流が供給された光導波路加熱層９が発熱してスイッチング領域８において第２の光導波路１１を部分的に加熱する。光スイッチ１は、第２の光導波路１１を加熱して熱・光学効果により加熱部位の屈折率を部分的に低下させ、その伝播モードβ２を第１の光導波路１０の伝播モードβ１と等しくさせる。
【００４２】
したがって、光学バス７においては、スイッチング領域８において第１の光導波路１０の伝播モードβ１と第２の光導波路１１の伝播モードβ２とが互いに結合する状態となる。光学バス７においては、スイッチング領域８を通過することにより、第１の光導波路１０を伝送される光信号Ｓ１が第２の光導波路１１へと移送されるとともに、第２の光導波路１１を伝送される光信号Ｓ２が第１の光導波路１０へと移送されるようになる。
【００４３】
上述した光スイッチ１及び光学バス７の製造方法について、以下図５乃至図１０を参照して説明する。製造工程は、供給されたベース基板４の主面上に第１の光導波路１０を形成する第１の光導波路形成工程と、第１の光導波路１０上に第２の光導波路１１を形成する第２の光導波路形成工程と、第２の光導波路１１上に光導波路加熱層９を形成する光導波路加熱層形成工程とを有して、光学バス７のスイッチング領域８に沿って光スイッチ１を形成する。
【００４４】
第１の光導波路形成工程は、ベース基板４上に第１下部クラッド層１３を形成する第１下部クラッド層工程と、第１下部クラッド層１３上に第１コア層１２をパターン形成する第１コア層形成工程と、第１コア層１２を封装して第１下部クラッド層１３上に第１上部クラッド層１４を形成する第１上部クラッド層形成工程とからなる。第１下部クラッド層形成工程は、図５に示すように高精度の平坦面を形成することが可能なシリコン基板やガラス基板等のベース基板４の主面上に第１下部クラッド層１３を形成する。
【００４５】
第１下部クラッド層形成工程には、上述したように石英系材料やポリマー系材料、ポリイミド等の高分子系光導波路材料等の熱・光学効果特性を有する液状のクラッド層形成材料が用いられる。第１下部クラッド層形成工程は、クラッド層形成材料を例えばスピンコート法等の均一な膜厚を形成する塗布方法により塗布する工程と、このクラッド層形成材料を硬化させる工程とを経て、ベース基板４の主面上に第１下部クラッド層１３を形成する。第１下部クラッド層形成工程は、上述したベース基板４を用いることにより、均一な厚みと平坦化が図られた主面を有する第１下部クラッド層１３を形成する。
【００４６】
第１コア層形成工程は、図６に示すように第１下部クラッド層１３上に複数の第１個別コア層１２ａ乃至１２ｃからなる第１コア層１２を形成する。第１コア層形成工程は、第１下部クラッド層１３を形成する光導波路材料よりも屈折率が大きな光導波路材料が用いられて、所定の厚みを有する光閉じ込め型の第１コア層１２を形成する。第１コア層形成工程は、第１下部クラッド層１３の主面上に全面に亘って均一な厚みで光導波路材料層を形成する工程と、この光導波路材料層にパターニング処理を施して各第１個別コア層１２ａ乃至１２ｃを形成する工程とからなる。光導波路材料層形成工程は、第１下部クラッド層１３の平坦な主面上に、スピンコート法等により均一な厚みの光導波路材料層を形成する。
【００４７】
第１コア層形成工程は、感光性の光導波路材料を用いた場合には、光導波路材料層に対して例えばリソグラフィ処理やその他の適宜の方法を施して各第１個別コア層１２ａ乃至１２ｃをパターン形成する。第１コア層形成工程は、非感光性の光導波路材料を用いた場合には、光導波路材料層に対して例えばドライエッチング処理やその他の適宜の方法を施して第１コア層１２をパターン形成する。第１コア層形成工程は、各第１個別コア層１２ａ乃至１２ｃを、上述したようにそれぞれに伝送される光信号Ｓ１が相互に干渉することなく独立して伝送されるに足る対向間隔を以って形成する。第１コア層形成工程は、少なくとも所定の長さＬのスイッチング領域８の対応部位において互いに平行な各第１個別コア層１２ａ乃至１２ｃを形成する。
【００４８】
第１上部クラッド層形成工程は、図７に示すようにパターン形成した第１コア層１２を封装するようにして、第１下部クラッド層１３上に第１上部クラッド層１４を形成する。第１上部クラッド層形成工程には、上述した第１下部クラッド層１３と同一の石英系材料やポリマー系材料、ポリイミド等の高分子系光導波路材料等の熱・光学効果特性を有する液状のクラッド層形成材料が用いられる。第１上部クラッド層形成工程は、クラッド層形成材料を例えばスピンコート法等の均一な膜厚を形成する塗布方法によって塗布する工程と、このクラッド層形成材料を硬化させる工程とを経て、第１下部クラッド層１３上に所定の膜厚を有して第１コア層１２を封装する第１上部クラッド層１４を形成する。第１上部クラッド層形成工程は、高精度の平坦面を有する第１下部クラッド層１３上に、均一な厚みと平坦化が図られた主面を有する第１上部クラッド層１４を形成する。
【００４９】
第１上部クラッド層形成工程は、第１上部クラッド層１４が第１コア層１２と第２コア層１５とをモード分布が結合する対向間隔に規定することから、その層厚を精密に形成する必要がある。したがって、第１上部クラッド層形成工程は、クラッド層形成材料層に対して、さらに研磨処理を施すようにしてもよい。かかる研磨工程は、ベース基板４に廉価ではあるが平坦精度が低い有機基板を用いた場合により効果的である。
【００５０】
製造工程は、上述した各工程を経て、ベース基板４の主面上に、第１コア層１２を第１下部クラッド層１３と第１上部クラッド層１４とによって封装してなる高精度の第１の光導波路１０を形成する。
【００５１】
第２の光導波路形成工程は、第１の光導波路１０上に第２コア層１５をパターン形成する第２コア層形成工程と、第２コア層１５を封装して第１の光導波路１０上に第２上部クラッド層１６を形成する第２上部クラッド層形成工程とからなる。第２コア層形成工程は、図８に示すように第１の光導波路１０の第１上部クラッド層１４上に複数の第２個別コア層１５ａ乃至１５ｃからなる第２コア層１５を形成する。第２コア層形成工程は、第１上部クラッド層１４を形成するクラッド層形成材料よりも屈折率が大きな光導波路材料が用いられて、所定の厚みを有する光閉じ込め型の第２コア層１５を形成する。
【００５２】
第２コア層形成工程は、第１上部クラッド層１４の全面に亘って均一な厚みで光導波路材料層を形成する工程と、この光導波路材料層にパターニング処理を施して各第２個別コア層１５ａ乃至１５ｃを形成する工程とからなる。光導波路材料層形成工程は、第１上部クラッド層１４の平坦な主面上に、スピンコート法等によって均一な厚みの光導波路材料層を形成する。
【００５３】
第２コア層形成工程は、感光性の光導波路材料を用いた場合には、光導波路材料層に対して例えばリソグラフィ処理やその他の適宜の方法を施して各第２個別コア層１５ａ乃至１５ｃをパターン形成する。第２コア層形成工程は、非感光性の光導波路材料を用いた場合には、光導波路材料層に対して例えばドライエッチング処理やその他の適宜の方法を施して第２コア層１５をパターン形成する。第２コア層形成工程は、上述したように少なくともスイッチング領域８において第１上部クラッド層１４を介して第１コア層１２の各第１個別コア層１２ａ乃至１２ｃと対をなすように上下層で対向するとともに、モード結合を生じさせる対向間隔に保持された互いに平行な各第２個別コア層１５ａ乃至１５ｃを形成する。
【００５４】
第２上部クラッド層形成工程は、図９に示すように上述した工程を経て第１上部クラッド層１４上にパターン形成した第２コア層１５を封装する第２上部クラッド層１６を形成する。第２上部クラッド層形成工程は、第１上部クラッド層１４と同一で第２コア層１５よりも屈折率が小さな石英系材料やポリマー系材料、ポリイミド等の高分子系光導波路材料等の熱・光学効果特性を有する液状のクラッド層形成材料が用いられる。第２上部クラッド層形成工程は、このクラッド層形成材料を例えばスピンコート法等の均一な膜厚を形成する塗布方法により塗布する工程と、このクラッド層形成材料を硬化させる工程とを経て、第１上部クラッド層１４上に第２上部クラッド層１６を形成する。
【００５５】
第２上部クラッド層形成工程は、高精度の平坦面を有する第１上部クラッド層１４上に、均一な厚みと平坦化が図られた主面を有する第２上部クラッド層１６を形成する。第２上部クラッド層形成工程は、第２コア層１５に対向して第２上部クラッド層１６上に後述する工程を経て形成される光導波路加熱層９を精密かつ全体が薄厚で均一に形成することを可能とする。
【００５６】
光導波路加熱層形成工程は、第２上部クラッド層１６上に金属薄膜層を成膜形成する工程と、この金属薄膜層に所定のパターニング処理を施す工程とを有し、図１０に示すように光導波路加熱層９を形成する。金属薄膜層形成工程は、上述した比較的高い抵抗値特性を有するチタン，タンタル或いはニッケル−クロム等の金属膜を薄膜形成技術、例えばスパッタ法や蒸着法等によって第２上部クラッド層１６の主面上に数千Å程度の厚みで成膜形成する。パターニング工程は、金属薄膜層に上述した光導波路加熱層９のパターンに対応したマスキングを施した状態で、例えばドライエッチング処理やウェットエッチング処理を施すことにより、不要な部位の金属薄膜層を除去して光導波路加熱層９を形成する。
【００５７】
なお、上述した製造工程では、ベース基板４上に光スイッチ１と光学バス７とを形成する工程についてのみ説明したが、第１上部クラッド層１４上には光導波路加熱層９とともに上述した例えば電気−光学変換素子６Ａ，６Ｂを実装する端子や電気配線パターン等の電気配線層も形成される。電気配線層は、例えば銅層によって形成することが好ましく、光導波路加熱層形成工程を施した後に適宜のマスキングを行って形成される。なお、製造工程においては、この電気配線層の形成工程において、光導波路加熱層９の各電極部２０を上述した金属に変えて銅により形成するとともにその配線パターンを形成するようにしてもよい。
【００５８】
また、製造工程は、光導波路加熱層９の各電極部２０と電源部１７とを接続するために、例えば第１の光導波路１０や第２の光導波路１１の各層を貫通するビアが適宜形成され、このビアを介して各電極部２０とベース基板４に形成した接続端子部との間の層間接続が図られる。
【００５９】
上述したハイブリットモジュール基板２においては、ベース基板４の主面上に第１の光導波路１０と第２の光導波路１１とからなる２層構成の光学バス７を形成するとともに、第２の光導波路１１の一部に光スイッチ１を積層形成するようにしたが、かかる構成に限定されるものでは無いことは勿論である。第２の実施の形態として図１１に示したハイブリットモジュール基板３０は、ベース基板３１の主面上に、それぞれ光信号が伝送される第１のコアパターン３２乃至第４のコアパターン３５を形成するとともに、第２のコアパターン３３乃至第４のコアパターン３５に対して第１の光スイッチ３６乃至第３の光スイッチ３８がそれぞれ配置して形成された多層構成からなる。なお、ハイブリットモジュール基板３０は、ベース基板３１や各コアパターン３２乃至３５或いは各光スイッチ３６乃至３８の基本的な構成を上述した各光導波路１０，１１及び光スイッチ１と同等とすることから、それらの詳細な説明を省略する。
【００６０】
ハイブリットモジュール基板３０には、ベース基板３１の主面上に、クラッド層形成材料を用いて高平坦化された主面を有する第１のクラッド層３９が形成されるとともに、この第１のクラッド層３９の主面上にクラッド層形成材料よりも屈折率が大きな光導波路材料を用て第１のコアパターン３２が形成される。ハイブリットモジュール基板３０には、第１のクラッド層３９の主面上にクラッド層形成材料を用いて第１のコアパターン３２を封止するようにして所定の厚みを有するとともに高平坦化された主面を有する第２のクラッド層４０が形成される。ハイブリットモジュール基板３０は、第１のコアパターン３２が第１のクラッド層３９と第２のクラッド層４０とにより封止され、この第１のコアパターン３２内を光信号が伝送される第１の光導波路が構成される。
【００６１】
ハイブリットモジュール基板３０には、第２のクラッド層４０の主面上にクラッド層形成材料を用いて第２のコアパターン３３が形成される。ハイブリットモジュール基板３０には、第２のクラッド層４０の主面上にクラッド層形成材料を用いて第２のコアパターン３３を封止して所定の厚みを有するとともに高平坦化された主面を有する第３のクラッド層４１が形成される。ハイブリットモジュール基板３０は、第２のコアパターン３３が第２のクラッド層４０と第３のクラッド層４１とにより封止され、この第２のコアパターン３３内を光信号が伝送される第２の光導波路が構成される。
【００６２】
ハイブリットモジュール基板３０には、第３のクラッド層４１の主面上にクラッド層形成材料を用いて第３のコアパターン３４が形成される。ハイブリットモジュール基板３０には、第３のクラッド層４１の主面上にクラッド層形成材料を用いて第３のコアパターン３４を封止して所定の厚みを有するとともに高平坦化された主面を有する第４のクラッド層４２が形成される。ハイブリットモジュール基板３０は、第３のコアパターン３４が第３のクラッド層４１と第４のクラッド層４２とにより封止され、この第３のコアパターン３４内を光信号が伝送される第３の光導波路が構成される。
【００６３】
ハイブリットモジュール基板３０には、第４のクラッド層４２の主面上にクラッド層形成材料を用いて第４のコアパターン３５が形成される。ハイブリットモジュール基板３０には、第４のクラッド層４２の主面上に第４のコアパターン３５を封止して所定の厚みを有するとともに高平坦化された主面を有する第５のクラッド層４３が形成される。ハイブリットモジュール基板３０は、第４のコアパターン３５が第４のクラッド層４２と第５のクラッド層４３とにより封止され、この第４のコアパターン３５内を光信号が伝送される第４の光導波路が構成される。
【００６４】
ハイブリットモジュール基板３０は、第１のコアパターン３２と第２のコアパターン３３とが、少なくとも図１１において点線で囲む光信号の伝送方向の領域Ａにおいて、所定の長さを有して上下に対向する部位を有してパターン形成されてなる。第１のコアパターン３２と第２のコアパターン３３とは、この対向する部位が第２のクラッド層４０の厚みによって規定されており、互いに光信号のモード分布が結合する対向間隔を以って形成されることによって第１のスイッチング領域４４を構成する。
【００６５】
ハイブリットモジュール基板３０には、この第１のスイッチング領域４４に第１の光スイッチ３６が配置形成される。第１の光スイッチ３６は、第１のスイッチング領域４４において、第２のコアパターン３３と対向して第３のクラッド層４１内に薄膜形成された加熱層を構成する第１の金属薄膜層４７を有している。第１の金属薄膜層４７は、電源部から電流が供給されることによって第２のコアパターン３３を加熱して熱・光学効果によってその屈折率を変化させる。第１の光スイッチ３６は、第１のスイッチング領域４４において第１のコアパターン３２と第２のコアパターン３３とをモード分布の結合状態からモード分布の非結合状態とする。ハイブリットモジュール基板３０においては、第１の光スイッチ３６が動作することによって、第１のスイッチング領域４４において第１のコアパターン３２と第２のコアパターン３３とをそれぞれ伝送される光信号のスイッチングが行われる。
【００６６】
ハイブリットモジュール基板３０は、第２のコアパターン３３と第３のコアパターン３４とが、少なくとも図１１において点線で囲む光信号の伝送方向の領域Ｂにおいて、所定の長さを有して上下に対向する部位を有してパターン形成されてなる。第２のコアパターン３３と第３のコアパターン３４とは、この対向する部位が第３のクラッド層４１の厚みによって規定されており、互いに光信号のモード分布が結合する対向間隔を以って形成されることによって第２のスイッチング領域４５を構成する。
【００６７】
ハイブリットモジュール基板３０には、この第２のスイッチング領域４５に第２の光スイッチ３７が配置形成される。第２の光スイッチ３７は、第２のスイッチング領域４５において、第３のコアパターン３４と対向して第４のクラッド層４２内に薄膜形成された加熱層を構成する第２の金属薄膜層４８を有している。第２の金属薄膜層４８も、電源部から電流が供給されることによって第３のコアパターン３４を加熱して熱・光学効果によってその屈折率を変化させる。第２の光スイッチ３７は、第２のスイッチング領域４５において第２のコアパターン３３と第３のコアパターン３４とをモード分布の結合状態からモード分布の非結合状態とする。ハイブリットモジュール基板３０においては、第２の光スイッチ３７が動作することによって、第２のスイッチング領域４５において第２のコアパターン３３と第３のコアパターン３４とをそれぞれ伝送される光信号のスイッチングが行われる。
【００６８】
ハイブリットモジュール基板３０は、第３のコアパターン３４と第４のコアパターン３５とが、少なくとも図１１において点線で囲む光信号の伝送方向の領域Ｃにおいて、所定の長さを有して上下に対向する部位を有してパターン形成されてなる。第３のコアパターン３４と第４のコアパターン３５とは、この対向する部位が第４のクラッド層４２の厚みによって規定されており、互いに光信号のモード分布が結合する対向間隔を以って形成されることによって第３のスイッチング領域４６を構成する。
【００６９】
ハイブリットモジュール基板３０には、この第３のスイッチング領域４６に第３の光スイッチ３８が配置形成される。第３の光スイッチ３８は、第３のスイッチング領域４６において、第４のコアパターン３５と対向して第５のクラッド層４３内に薄膜形成された加熱層を構成する第３の金属薄膜層４９を有している。第３の金属薄膜層４９も、電源部から電流が供給されることによって第４のコアパターン３５を加熱して熱・光学効果によってその屈折率を変化させる。第３の光スイッチ３８は、第３のスイッチング領域４６において第３のコアパターン３４と第４のコアパターン３５とをモード分布の結合状態からモード分布の非結合状態とする。ハイブリットモジュール基板３０においては、第３の光スイッチ３８が動作することによって、第３のスイッチング領域４６において第３のコアパターン３４と第４のコアパターン３５とをそれぞれ伝送される光信号のスイッチングが行われる。
【００７０】
ハイブリットモジュール基板３０においては、上述したように第１の光スイッチ３６乃至第３の光スイッチ３８がそれぞれ第１のコアパターン３２乃至第４のコアパターン３５に対して異なる位置に配置されてなる。ハイブリットモジュール基板３０においては、伝送方向の最初に配置された第２の光スイッチ３７によって第２のコアパターン３３と第３のコアパターン３４との間のスイッチングを行い、次に配置された第３の光スイッチ３８によって第３のコアパターン３４と第４のコアパターン３５との間のスイッチングを行い、さらに第１の光スイッチ３６によって第１のコアパターン３２と第２のコアパターン３３との間のスイッチングを行って第１のコアパターン３２乃至第４のコアパターン３５を伝送される光信号の交換や変換が適宜行われるようになる。
【００７１】
ハイブリットモジュール基板３０においては、簡易な工程によってベース基板３１上に複数の光導波路を多層に形成することが可能とされるとともに、各光導波路に対してそれぞれ金属薄膜層を有して対をなす光導波路の一方側の屈折率特性を変化させる光スイッチを簡易に形成することが可能とされる。ハイブリットモジュール基板３０においては、金属薄膜層が薄膜技術によってそれぞれ数千Å程度の厚みで形成されることから、高精度でかつ薄型化が図られて形成される。
【００７２】
なお、ハイブリットモジュール基板３０においては、すべての光導波路に対応して光スイッチを配置して光信号の交換や変換を行うように構成したが、例えば対をなす特定の光導波路を選択して光スイッチを配置するようにしてもよい。また、ハイブリットモジュール基板３０においては、内層に形成される光スイッチの金属薄膜層について、必要に応じて例えば透明電極膜を形成する際に用いられるＩＴＯ（Indium-Tin-Oxide）等の導光性を有する電極材を用いて形成するようにしてもよい。
【００７３】
上述した各実施の形態においては、各光スイッチを熱・光学効果を利用して対をなす光導波路間の屈折率特性を変化させてスイッチングを行うように構成したが、かかる光スイッチに限定されるものでは無い。第３の実施の形態として図１２に示したハイブリットモジュール基板５０は、電気・光学効果を利用して光導波路間の屈折率特性を変化させてスイッチングを行うように構成した光スイッチ５１が備えられる。光スイッチは、屈折率ｎ，長さｌの電気光学結晶中を光が伝播すると（２π／λ）ｎｌの位相変化が生じることを利用して、電気光学結晶に電界を印加して屈折率を変化させて光信号のスイッチングを行う。
【００７４】
ハイブリットモジュール基板５０は、基本的な構成を上述したハイブリットモジュール基板２と同等とする。ハイブリットモジュール基板５０は、ベース基板（図示せず）に複数の個別コアパターン５２ａ乃至５２ｃを有する第１の光導波路５２と、これら各個別コアパターン５２ａ乃至５２ｃと対をなす複数の個別コアパターン５３ａ乃至５３ｃを有する第２の光導波路５３が積層形成される。ハイブリットモジュール基板５０は、詳細を省略するが第１の光導波路５２と第２の光導波路５３とが、それぞれ第１の個別コアパターン５２ａ乃至第３の個別コアパターン５２ｃ及び第１の個別コアパターン５３ａ乃至第３の個別コアパターン５３ｃをクラッド層５４によって封装してなる。
【００７５】
第１の光導波路５２と第２の光導波路５３は、電気・光学効果特性を有する光導波路材料、例えばＬｉＮｂＯ３（リチウムナイオベート）やＫＨ２ＰＯ４等のリン酸カリウム等が用いられ、上述した工程と同様にしてベース基板上に積層形成される。ハイブリットモジュール基板５０においては、第１の光導波路５２と第２の光導波路５３の一部に、対をなす各個別コアパターン５２ａ乃至５２ｃと個別コアパターン５３ａ乃至５３ｃとがそれぞれでモード分布の結合が生じる所定の間隔と所定の長さを以って対向して形成されることによりスイッチング領域５５が構成される。
【００７６】
ハイブリットモジュール基板５０には、スイッチング領域５５において第２の光導波路５３に沿って光スイッチ５１が配置されている。光スイッチ５１は、図１２に示すように各個別コアパターン５３ａ乃至５３ｃを挟んでクラッド層５４内にそれぞれ成膜形成された電極層５６を有している。光スイッチ５１は、電極層５６に対して電源部５７から電源供給が行われることによって第２の光導波路５３に電界を印加してその屈折率を変化させる。光スイッチ５１は、制御部５８によって電源部５７を制御することにより、電極層５６による第２の光導波路５３への電界印加量を調整する。
【００７７】
電極層５６は、第２の光導波路５３の各個別コアパターン５３ａ乃至５３ｃと同一層を構成してクラッド層５４に形成される。電極層５６は、例えばスパッタ法や蒸着法等によって銅等の金属薄膜層をクラッド層５４に成膜形成し、この金属薄膜層にエッチング処理を施して所定のパターンに形成されてなる。電極層５６は、第１の個別コアパターン５３ａを挟んで、光信号の伝送方向に対して互いに平行に対峙して形成された一対の第１の個別電極層５６ａ及び第２の個別電極層５６ｂを有する。電極層５６は、第２の個別コアパターン５３ｂを挟んで、光信号の伝送方向に対して互いに平行に対峙して形成された一対の第３の個別電極層５６ｃ及び第４の個別電極層５６ｄを有する。電極層５６は、第３の個別コアパターン５３ｃを挟んで、光信号の伝送方向に対して互いに平行に対峙して形成された一対の第５の個別電極層５６ｅ及び第６の個別電極層５６ｆを有する。電極層５６は、各個別電極層５６ａ乃至５６ｆが、クラッド層５４に形成した図示しないビアを介してそれぞれ電源部５７と接続される。
【００７８】
光スイッチ５１は、第１の個別電極層５６ａと第２の個別電極層５６ｂとに電源を供給することによって、電気・光学効果によりスイッチング領域５５において第１の個別コアパターン５３ａの屈折率を変化させる。光スイッチ５１は、第３の個別電極層５６ｃと第４の個別電極層５６ｄとに電源を供給することによって、電気・光学効果によりスイッチング領域５５において第２の個別コアパターン５３ｂの屈折率を変化させる。光スイッチ５１は、第５の個別電極層５６ｅと第６の個別電極層５６ｆとに電源を供給することによって、電気・光学効果によりスイッチング領域５５において第３の個別コアパターン５３ｃの屈折率を変化させる。
【００７９】
ハイブリットモジュール基板５０は、光スイッチ５１が上述したように動作してスイッチング領域５５において第２の光導波路５３の屈折率を変化させることにより、第１の光導波路５２の各個別コアパターン５２ａ乃至５２ｃを伝送される光信号Ｓ１と対をなす第２の光導波路５３の各個別コアパターン５３ａ乃至５３ｃを伝送される光信号Ｓ２とのスイッチングが一括して行われる。
【００８０】
なお、光スイッチ５１は、第１の個別電極層５６ａ乃至第６の個別電極層５６ｆに対して電源を一括して供給することによって第１の光導波路５２と第２の光導波路５３との間で一括してスイッチングが行われるように構成したが、かかる構成に限定されるものでは無い。光スイッチ５１は、例えば各個別電極層をそれぞれ独立に形成して制御部５８を介して個別に電源供給を行うことにより、第１の光導波路５２と第２の光導波路５３を対をなす個別コアパターン毎に個別にスイッチング行われるように構成してもよい。
【００８１】
また、ハイブリットモジュール基板５０は、ベース基板上に第１の光導波路５２と第２の光導波路５３とを２層に形成したが、光導波路を多層に形成してそれぞれに光スイッチ１を配置するようにしてもよい。
【００８２】
光導波路に光スイッチを直接配置してなる上述した各ハイブリットモジュール基板は、例えば図１３に示すように光学バス６１に対して光スイッチ６２Ａ乃至６２Ｎを介して多数個のエンドノード６３Ａ乃至６３Ｎが接続されてなる光信号伝送システム用のハイブリットシステムモジュール６０を構成する。ハイブリットシステムモジュール６０は、各エンドノード６３Ａ乃至６３Ｎが例えば各種の集積回路素子からなり、これら集積回路素子間において情報信号や制御信号等の各種信号を光学バス６１を介して光信号によって相互に伝送する。
【００８３】
各エンドノード６３Ａ乃至６３Ｎは、詳細を省略するが光学バス６１の入出力部を構成する電気−光学変換素子を有しており、各種信号を光信号に変換して光学バス６１に対して出力するとともに、光スイッチ６２Ａ乃至６２Ｎを介して光学バス６１から入力される光信号を電気信号に変換して所定の処理を行う。光学バス６１は、詳細を省略するが上下層で対をなす多数の光導波路が形成されてなり、各エンドノード６３Ａ乃至６３Ｎを光学配線によって共通に接続する。
【００８４】
ハイブリットシステムモジュール６０は、各エンドノード６３Ａ乃至６３Ｎから光信号が出力されて相対する光スイッチ６２Ａ乃至６２Ｎが動作することにより、光学バス６１の所定の光導波路が選択されて光信号が伝送されるようにする。ハイブリットシステムモジュール６０は、光スイッチ６２Ａ乃至６２Ｎを選択して動作させることにより、光学バス６１から選択された各エンドノード６３Ａ乃至６３Ｎに対して光信号を入力する。なお、ハイブリットモジュール６０は、各光スイッチ６２Ａ乃至６２Ｎが光学バス６１を伝送される光制御信号によって選択されて動作される。
【００８５】
以上のように構成されたハイブリットシステムモジュール６０によれば、共通の光学バス６１によって各エンドノード６３Ａ乃至６３Ｎ間が接続されて信号の授受が行われることから、電気配線による寄生容量が低減され、高速化や高容量化が図られて信号伝送が行われるようになる。ハイブリットシステムモジュール６０によれば、光学バス６１に光スイッチ６２Ａ乃至６２Ｎが直接配置されることにより、損失低減が図られて光信号の切換や交換が行われるとともに小型化が図られるようになる。
【００８６】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように本発明によれば、積層形成された第１のコア層と第２のコア層とをスイッチング領域において光スイッチによりモード結合或いは非モード結合の状態としてそれぞれを伝播する光信号がスイッチング領域において切換或いは変換されて伝送されるように構成したことから、複数の光信号を高速かつ大容量化を図って伝送する多層化された複数の光導波路中に、構造が簡易で精密でありかつ小型化が図られるとともに損失低減を図って各光信号の切換や変換を高精度に行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態として示す光スイッチを備えたハイブリットモジュール基板の概略構造を説明する側面図である。
【図２】ハイブリットモジュール基板の要部縦断面図である。
【図３】ハイブリットモジュール基板の一部切欠き要部平面図である。
【図４】ハイブリットモジュール基板に構成されるスイッチング領域における光信号のスイッチング動作の説明図である。
【図５】ベース基板上に第１の光導波路層の第１下部クラッド層を形成する工程を説明する要部縦断面図である。
【図６】第１下部クラッド層上に第１コア層を形成する工程を説明する要部縦断面図である。
【図７】第１下部クラッド層上に第１コア層を封装する第１上部クラッド層を形成する工程を説明する要部縦断面図である。
【図８】第１上部クラッド層上に第２コア層を形成する工程を説明する要部縦断面図である。
【図９】第１上部クラッド層上に第２コア層を封装する第２上部クラッド層を形成する工程を説明する要部縦断面図である。
【図１０】第２上部クラッド層上に光導波路加熱層を成膜形成する工程を説明する要部縦断面図である。
【図１１】本発明の第２の実施の形態として示す多層構造のハイブリットモジュール基板の概略構造を説明する側面図である。
【図１２】本発明の第３の実施の形態として示す電気・光学効果型光スイッチを備えたハイブリットモジュール基板の要部平面図である。
【図１３】光スイッチを用いたハイブリットシステムモジュールの構成図である。
【符号の説明】
１  光スイッチ、２  ハイブリットモジュール基板、４  ベース基板、５  集積回路素子、７  光学バス、８  スイッチング領域、９  光導波路加熱層、１０  第１の光導波路、１１  第２の光導波路、１２  第１コア層、１３  第１下部クラッド層、１４  第１上部クラッド層、１５  第２コア層、１６  第２上部クラッド層、１７  電源部、１８  加熱部、１９  接続部、２０  電極部、２１  制御部、３０  ハイブリットモジュール基板、３２〜３５  コアパターン、３６〜３８  光スイッチ、３９〜４３  クラッド層、４４〜４６  スイッチング領域、４７〜４９  金属薄膜層、５０  ハイブリットモジュール基板、５１  光スイッチ、５２  第１の光導波路、５３  第２の光導波路、５４  クラッド層、５５  スイッチング領域、５６  電極層、５７  電源部、５８  制御部、６０  ハイブリットシステムモジュール、６１  光学バス、６２  光スイッチ、６３  エンドノード
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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