(57)【要約】【課題】発光素子より出射された光を効率良く光導波路層に導波でき、また光導波路層を伝播した光を効率良く受光素子に結合できる二次元光導波装置である。【解決手段】二次元光導波装置は、シート状のコア層110を含み、発光素子100及び受光素子102の配置されるべき個所の近傍に光路変換用の構造体104、106が配置されている。発光素子100の配置されるコア層110の面と発光素子100のための光路変換構造体104の最上部との距離は、コア層110を伝播する光が結合して光路変換される構造体106の最上部と受光素子102の配置されるコア層の面の距離より大きく設定されている。【選択図】図1
2005283970.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シート状のコア層を少なくとも含み、発光素子及び受光素子の配置されるべき個所の近傍に光路変換用の構造体が配置された二次元光導波装置であって、該発光素子の配置されるべき個所に対応する該コア層の面と該発光素子から出射される光が結合して光路変換される該構造体の最上部との距離が、該コア層を伝播する光が結合して光路変換される該構造体の最上部と該受光素子の配置されるべき個所に対応する該コア層の面の距離より大きいことを特徴とする二次元光導波装置。
【請求項２】
前記発光素子の配置されるべき個所に対応するコア層の厚さが、前記受光素子の配置されるべき個所に対応するコア層の厚さより厚いことを特徴とする請求項1記載の二次元光導波装置。
【請求項３】
前記コア層の厚さが徐々に変化していることを特徴とする請求項2記載の二次元光導波装置。
【請求項４】
前記発光素子から出射される光が結合して光路変換される前記構造体の形状と、前記コア層を伝播する光が結合して光路変換される前記構造体の形状が異なることを特徴とする請求項1記載の二次元光導波装置。
【請求項５】
前記コア層の厚さがほぼ均一であることを特徴とする請求項1または4記載の二次元光導波装置。
【請求項６】
前記受光素子の配置されるべき個所に対応するコア層の厚さが、コア層を伝播する光が結合して光路変換される前記構造体の高さと同じであり、かつ該受光素子近傍に配置された光路変換用の該構造体の最上部と該受光素子の受光面が接していることを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の二次元光導波装置。
【請求項７】
請求項1、2または3記載の二次元光導波装置の製造方法であって、コア層の厚さを変える工程を含み、該工程において、コア層の一部をエッチングすることにより、コア層の厚さを変えることを特徴とする製造方法。
【請求項８】
請求項1、2または3記載の二次元光導波装置の製造方法であって、コア層の厚さを変える工程を含み、該工程において、コア層を形成する材料として感光性を有するものを用い、該コア層を形成する材料の一部を露光・現像することにより、コア層の厚さを変えることを特徴とする製造方法。
【請求項９】
請求項1乃至6のいずれかに記載の二次元光導波装置を電気回路基板と電気的に接続が得られるように形成した光電融合配線基板であって、該電気回路基板の信号の一部または全てを該二次元光導波装置を用いた光信号の授受によって配線させる様に構成されたことを特徴とする光電融合配線基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二次元光導波装置（二次元光導波路回路）、及びそれを用いた光電融合配線基板（電気配線層と光配線層（光導波装置）が混載された配線基板）に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
今日の携帯電話や個人情報端末の急速な普及に伴い、機器の更なる小型・軽量化また高機能化が求められている。しかし、小型・軽量化また高機能化により回路基板の高速化と高集積化が進み、信号遅延、EMI（Electromagnetic Interference：電磁干渉ノイズ）の発生などの問題への対応が急務となっている。これらの問題を解決する手段として、従来の電気配線において問題となっていた信号遅延、信号劣化、及び配線から放射される電磁干渉ノイズが克服ないし低減され、かつ高速伝送が可能である光配線技術が期待されている。この光配線の利点を用いた装置として次の様なものがある。
【０００３】
1つの光回路基板では、光配線部と電気配線部を分離し、電子機器からの電圧信号により基体上に設けられた光スイッチ或いは光変調器を駆動させて該基体上に設けられた光導波路を伝播する光を変調し、こうして電気信号を光信号に変換して伝送し、さらに該基体或いは他の基体上に設けられた受光素子により光信号を電気信号に変換して、他の電子機器または同一の電子機器に信号を伝達する（特許文献1参照）。また、他の光導波装置においては、光導波路に対して垂直に出入射される光を効率良く結合させるために、線状のポリマー導波路に45度傾いたミラーを形成している（特許文献2参照）。
【特許文献１】特開平9-96746号公報
【特許文献２】特開2000-199827号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献1の方法は、電気配線における問題点を光配線（光インターコネクト）で補ったものであるが、光配線が伝送線路（線状のポリマー導波路）であるため、電気／光信号或いは光／電気信号変換を行う場所が規定されてしまう。また、上記特許文献2の方法では、端部に45度傾いたミラーを有した線状光導波路に光信号が効率良く結合するように発光素子を実装すること、及び線状光導波路を伝播してきた光信号を効率良く受光するように受光器を実装することは、高度なアライメント精度が要求され、困難である。また、線状の光導波路であるため、複数の光導波路を形成する場合には、発光素子及び受光素子の位置が制限され設計の自由度が小さい。さらには、光信号の伝送効率及び伝送速度が小さくなることについては考慮されていない。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
そこで上記課題に鑑み、本出願に係る第1の発明の二次元光導波装置は、シート状のコア層を少なくとも含み、発光素子及び受光素子の配置されるべき個所の近傍に光路変換用の構造体が配置された二次元光導波装置であって、発光素子の配置されるべき個所に対応するコア層の面と発光素子から出射される光が結合して光路変換される構造体の最上部との距離が、コア層を伝播する光が結合して光路変換される構造体の最上部と受光素子の配置されるべき個所に対応するコア層の面の距離より大きいことを特徴とする。ここにおいて、発光素子及び受光素子がコア層上に配置された構造で言えば、発光素子の出射口から発光素子から出射された光が結合して光路変換される構造体の最上部までの距離が、コア層を伝播した光が結合して光路変換される構造体の最上部から受光素子の受光面までの距離より大きくなる様に設定されている。この構成では、発光素子より出射された光をより多く光導波路層に導波することができ、また光導波路層を伝播した光を効率良く受光素子に結合することができる。
【０００６】
また、本出願に係る第2の発明の二次元光導波装置の製造方法は、コア層の厚さを変える工程を含み、該工程において、コア層の一部をエッチングすることにより、コア層の厚さを変えることを特徴としたり、コア層の厚さを変える工程を含み、該工程において、コア層を形成する材料として感光性を有するものを用い、該コア層を形成する材料の一部を露光・現像することにより、コア層の厚さを変えることを特徴としたりする。これらの製造方法において、コア層の厚さを変える工程を精度良く行うことができ、特に感光性を有した材料を用いた場合では、少ない工程で製造を行うことが可能である。
【０００７】
また、本出願に係る第3の発明の光電融合配線基板は、上記の二次元光導波装置を電気回路基板と電気的に接続が得られるように形成した光電融合配線基板であって、電気回路基板の信号の一部または全てを二次元光導波装置を用いた光信号の授受によって配線させる様に構成されたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
上記構成を有する本発明によれば、二次元光導波装置ないし二次元光導波路回路において、発光素子の出射口から発光素子用の光路変換構造体の頂点までの距離と、受光素子用の光路変換構造体の頂点から受光素子の受光面までの距離とを制御することにより、二次元光導波路層への光結合効率を上げることが可能となり、また二次元光導波路層内を伝播した光を受光素子へ効率良く結合させることが可能となり、結果として光信号伝送の伝送効率（信頼性）及び伝送速度を上げることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明の二次元光導波装置、光電融合配線基板は上記の如き基本構成を有するが、この基本構成に基づいて次の様な形態も可能である。本発明の実施の形態を説明する。本発明では二次元光導波路回路におけるコア層に発光素子より出射された光を結合させるとき、またコア層を導波した光を受光素子に結合させるときに、それぞれの結合効率を上げる方法を、発光素子及び受光素子近傍に配置した光路変換構造体と発光素子の出射口及び受光素子の受光面との距離を制御することで行っている。
【００１０】
より具体的には、発光素子の配置されるべき個所に対応するコア層の厚さを、受光素子の配置されるべき個所に対応するコア層の厚さより厚くできる。これにより、発光素子の出射口から発光素子から出射された光が結合して光路変換される構造体の最上部までの距離と、コア層を伝播した光が結合して光路変換される構造体の最上部から受光素子の受光面までの距離を異なるものとできる。ここにおいて、コア層の厚さは、徐々に変化するようにできる。こうした構成の場合、発光素子用光路変換構造体と受光素子用光路変換構造体はほぼ同じ高さとできる。
【００１１】
また、発光素子から出射される光が結合して光路変換される構造体の形状と、コア層を伝播する光が結合して光路変換される構造体の形状が異なるようにもできる。これにより、発光素子の出射口から発光素子から出射された光が結合して光路変換される構造体の最上部までの距離と、コア層を伝播した光が結合して光路変換される構造体の最上部から受光素子の受光面までの距離を異なるものとできて、受光効率を上げられる。この場合、コア層の厚さをほぼ均一であるようにできる。
【００１２】
また、受光素子の配置されるべき個所に対応するコア層の厚さを、コア層を伝播する光が結合して光路変換される構造体の高さと同じにして、かつ受光素子近傍に配置された光路変換用の構造体の最上部と受光素子の受光面が接しているようにもできる。これにより、受光効率を上げることが可能となる。
【００１３】
また、発光素子及び受光素子は単一でも複数でも配置され得る（例えば、アレイ状に配置）。さらに、光路変換構造体の形状が半球形状、円錐形状、或いは多角錐形状をなしており、光路変換構造体が発光素子からの出射光が結合するように発光素子の近傍に形成され、発光素子はその放射角を変化させ得る様に構成され、さらに光路変換構造体は、これに結合した発光素子からの出射光をビーム光、或いは放射角に対応した広がり角を持つ拡散光として二次元光導波路内部に伝播するように光路変換する様に構成することもできる。
【００１４】
光導波路として二次元光導波路層を用いることにより、電気信号を光信号に変換するための発光素子や光信号を電気信号に変換するための受光素子の配置があまり制限されることなく、かつ二次元光導波路層全域を使い柔軟に光信号を再構成できる二次元光導波装置や光電融合配線基板を容易に実現できる。
【実施例】
【００１５】
以下に、添付図面を参照し、より具体的な実施例を挙げて本発明の実施の形態を具体的に説明する。
（実施例1）
図1は実施例1による二次元光導波路回路を示した図である。図1において、100は発光素子、102は受光素子、104は入射側光路変換構造体、106は出射側光路変換構造体、108はクラッド層、そして110はコア層である。発光素子100と受光素子102と光路変換構造体104と106は、発光素子100より出射された光が入射側光路変換構造体104により光路変換され、光路変換された光が二次元光導波路のコア層110内を伝播し、伝播した光が出射側光路変換構造体106により光路変換され、受光素子102に結合するような位置関係にある。シート状の二次元光導波路層は、屈折率の異なる材料の組み合わせによりコア層110（屈折率の比較的大きい部分）とクラッド層108（屈折率の比較的小さい部分）より構成される。なお、図1ではコア層110の上部にクラッド層を形成していないが必要に応じて形成してもよい。本実施例では、屈折率1.60のポリシラン系樹脂をコア層110に用い、屈折率1.55のポリシラン系樹脂をクラッド層108に用いた。また、光路変換構造体として、半径25μmの半球状の構造体を用いた。本実施例では、受光素子102の受光面と出射側光路変換構造体106の頂点との距離がなくなるように（受光素子102と出射側光路変換構造体106は接している）、かつ発光素子100の出射口と入射側光路変換構造体104の頂点との距離が少なくとも75μm以上となるようにコア層110の厚さを制御している。後者について、この程度の距離があれば、或る程度の放射角を持つ発光素子100からの光が、あまり発光素子100側に戻ることなく、光路変換され、二次元光導波路のコア層110内を伝播して行くようになる。
【００１６】
次に、本実施例で示した二次元光導波装置の作製方法を説明する。図2は、二次元光導波装置の製造方法を説明する模式図である。同図において、200は基板、202はクラッド層、204は光路変換構造体材料、206はフォトマスク、208は第1形状を有する構造体、210は第2形状を有する構造体、212は反射膜材料、214は反射膜、216はコア層、218は発光素子、220は受光素子、そして222は素子駆動用パッドである。
【００１７】
まず図2(a)に示すように、傾斜のついた基板（例えばSiウエハ）200上にクラッド層材料であるポリシラン系樹脂をスピンコーターを用いて塗布し、ベーキングを行い膜厚20μmのクラッド層202を形成する。その後、図2（b）に示すように、光路変換構造体材料である感光性を有した熱可塑性材料204をスピンコーターを用いて塗布し、フォトマスク206（半径25μmの円形パターン光透過部を有する）を用いて露光する。これらの材料は、各材料の粘度に応じた適当な回転速度でスピンコートすることで、図示のごとく、ほぼ均一な厚さで形成される。
【００１８】
その後、図2(c)に示すように、現像過程を経て半径25μm、高さ17μmの円柱状の第1形状を有する構造体208を形成する。この状態で、図2(d)に示すように、150
℃のホットプレート上で4分間加熱し、感光性を有した熱可塑性材料で形成した前記第1形状を有する構造体208に対して熱処理による溶融・再固化を行い、半径25μmの半球状に変形した第2形状を有する構造体210を形成する。
【００１９】
次に、図2(e)に示すように、電子ビーム蒸着装置を用いて反射膜材料212であるCr / Auを蒸着する。この反射膜により、波長660 nmの光において反射率90%以上を得ることができる。続いて、図2(f)に示すように、スピンコーターを用いてフォトレジストを塗布し、露光・現像過程を経た後、半球状に変形した第2形状を有する構造体210の表面のみを覆うようにレジストマスク（図示せず）を形成し、その後Au、Crの順でウエットエッチングを行い、半球状に変形した第2形状を有する構造体210の表面のみに反射膜214が形成される。
【００２０】
続いて、図2(g)に示すように、クラッド層202よりも屈折率の大きいポリシラン系樹脂をスピンコーターを用いて塗布し、ベーキングを行いコア層218を形成する。ここでは、コア層218の材料は、材料の粘度に応じた適当な回転速度でスピンコートすることで、図示のごとく、入射側（左側）光路変換構造体210の方で比較的厚く、出射側（右側）光路変換構造体210の方で比較的薄く形成され得る。
【００２１】
次に、図2(h)に示すように、半球状の第2形状を有する構造体210に発光素子218からの出射光が結合するように、また半球状の第2形状を有する構造体210に結合した伝播光が受光素子220に結合するように、発光素子218及び受光素子220をコア層216上に実装するため、コア層216上に素子駆動用パッド（Ti/Au）222を形成する。続いて、図2(i)に示すように、発光素子218及び受光素子220を素子駆動用パッド222上にフリップチップボンダーを用いて実装し、二次元光導波路回路を得る。
【００２２】
この様にして作製される二次元光導波路回路は、図3に示す如く、従来のものと比較して、外部へ放出される光を減少させられるため、光信号の伝送効率を上げることが可能となる（図3(a)が従来のものを示し、
図3（b）が本実施例のものを示す）。また、反射膜214を有した半球状に変形した第2形状を有する構造体210が配置されているため、半球状の構造体210の上面から入射された光は、効率良く散乱され、コア層216全域に伝搬させられる。一方、コア層216を伝搬してきた光が半球状に変形した第2形状を有する構造体210により散乱され、半球状の構造体210の上方へ光を出射させられる。
【００２３】
本実施例では、クラッド層及びコア層材料の組み合わせとして、それぞれ屈折率の異なるポリシラン系樹脂を用いたが、これに限定されなく、コア層材料がクラッド層材料と比較して屈折率が大きい材料であれば、ポリイミド樹脂やアクリル樹脂などを用いた組み合わせであってもよい。また、屈折率の値も実施例の上記値に限定されない。
【００２４】
また、本実施例では、基板としてSiウエハを用いたが、これに限定されなくガラス基板やセラミック基板であってもよい。また、基板は、コア層材料と比較して屈折率の小さな樹脂フィルムであってもよく、この樹脂フィルム自身をクラッド層として機能させ、折り曲げ可能な二次元光導波装置を得られる。また、クラッド層の層厚を20μmとしたが、これに限定されなく任意の層厚であってもよい。
【００２５】
また、本実施例では、第1形状を有する構造体208を半径25μm、高さ17μmの円柱形状としたが、これに限定されなく、楕円柱、角柱などの形状、また任意のサイズでもよい。また、半径25μmの半球状の光路変換構造体210を用いたが、これに限定されるものではなく、発光素子の放射角、光導波路層の屈折率及び光導波路層厚との兼ね合いにより、任意の大きさを選定できる。また、光路変換構造体を半球状としたがこれに限定されなく、楔形形状、円錐形状或いは多角錐形状であってもよい。
【００２６】
また、本実施例では、光導波路層を二次元光導波路層（フィルム状の光導波路）としたがこれに限定されなく、ライン導波路（一次元光導波路）、或いは該二次元光導波路層（フィルム状の光導波路）と該ライン導波路（一次元光導波路）の両者を混載した構造を有する光導波路層であってもよい。ライン導波路は、例えば、フィルム状の光導波路層内に有効屈折率の比較的大きいライン状部分を作製して（例えば、光導波路層上に凸状ライン状部を形成する）得られる。
【００２７】
本実施例では、一方の端部から他方の端部に向かって徐々に傾斜した面を持つ基板を用いて、徐々に厚さが変化するコア層を形成したが、次の様な形態も可能である。例えば、両側或いは四方から中央部に向かって徐々に下降した傾斜面を持つ基板を用いて、そこに、中央部から端部に向かって徐々に厚さが薄くなっていくコア層（緩やかに屋根状または円錐状に厚さが変化するコア層）を形成する。そして、中央部の厚いコア層のところに発光素子を配置し、端部の方の薄いコア層のところに受光素子を配置する形態である。更には、こうした屋根状または円錐状の緩やかな傾斜部を複数（例えば、2つ）有する面を持つ基板を用い、そこに上記の如くコア層を形成して、コア層の薄い境界部分（例えば、厚さをゼロにした境界部分）を境に、発光素子と受光素子の間で光を授受する領域を複数に分割するような形態も可能である。
【００２８】
以上、実施例1の構成をとることにより、従来の構成（図3(a)参照）と比べ、発光素子から出射された光が光導波路層に導波され、光導波路層を伝播した光が受光素子へ結合する効率が増し、光信号伝送の信頼性及び伝送速度が向上する。
【００２９】
（実施例2）
図4は実施例2による二次元光導波装置を示した図である。図4において、400は発光素子、402は受光素子、404は入射側光路変換構造体、406は出射側光路変換構造体、408はクラッド層、そして410はコア層である。発光素子400と受光素子402と入射側光路変換構造体404及び出射側光路変換構造体406は、発光素子500より出射された光が入射側光路変換構造体404により光路変換され、光路変換された光が二次元光導波路のコア層410内を伝播し、伝播した光が出射側光路変換構造体406により光路変換され、受光素子402に結合するような位置関係にある。シート状の二次元光導波路層は、屈折率の異なる材料の組み合わせによりコア層410（屈折率の比較的大きい部分）とクラッド層408（屈折率の比較的小さい部分）より構成される。本実施例でも、屈折率1.60のポリシラン系樹脂をコア層410に用い、屈折率1.55のポリシラン系樹脂をクラッド層408に用いた。また光路変換構造体として、半径25μmの半球状の構造体を用いた。本実施例では、受光素子402の受光面と出射側光路変換構造体406の頂点との距離がなくなるように、かつ発光素子400の出射口と入射側光路変換構造体404の頂点との距離が少なくとも75μm以上となるように、コア層410の厚さはほぼ均一にしつつ、入射側光路変換構造体404及び出射側光路変換構造体406の大きさ、形状を制御している。
【００３０】
次に、本実施例で示した二次元光導波路層の作製方法を説明する。図5は、二次元光導波路回路の製造方法を説明する模式図である。同図において、500は基板、502はクラッド層、504は光路変換構造体材料、506はフォトマスク、508及び510は第1形状を有する構造体、512及び514は第2形状を有する構造体、516は反射膜材料、518は反射膜、520はコア層、522は発光素子、524は受光素子、そして526は素子駆動用パッドである。
【００３１】
まず図5(a)に示すように、均一な厚さの基板（例えばSiウエハ）500上にクラッド層材料であるポリシラン系樹脂をスピンコーターを用いて塗布し、ベーキングを行い膜厚20μmのクラッド層502を形成する。その後、図5（b）に示すように、光路変換構造体材料である感光性を有した熱可塑性材料504をスピンコーターを用いて塗布し、フォトマスク506（半径25μmの円形パターン光透過部及び半径125μmの円形パターン光透過部を有する）を用いて露光する。その後、図5(c)に示すように、現像過程を経て半径25μm、高さ17μm、及び半径125μm、高さ17μmの円柱状の第1形状を有する構造体508と510を形成する。この状態で、図5(d)に示すように、150 ℃のホットプレート上で4分間加熱し、感光性を有した熱可塑性材料で形成した前記第1形状を有する構造体508と510に対して熱処理による溶融・再固化を行い、半径25μmの半球状に変形した第2形状を有する構造体512と、底面半径125μm、高さ75μmの略半楕円球状に変形した第2形状を有する構造体514を形成する。
【００３２】
次に、図5(e)に示すように、電子ビーム蒸着装置を用いて反射膜材料516であるCr / Au（Crの厚さ：50 nm、Auの厚さ：300 nm）を蒸着する。続いて、図5(f)に示すように、スピンコーターを用いてフォトレジストを塗布し、露光・現像過程を経た後、半球状、略半楕円球状に変形した第2形状を有する構造体512と514の表面のみを覆うようにレジストマスク（図示せず）を形成し、その後Au、Crの順でエッチングを行い、半球状、略半楕円球状に変形した第2形状を有する構造体512と514の表面のみに反射膜518が形成される。続いて、図5(g)に示すように、クラッド層502よりも屈折率の大きいポリシラン系樹脂をスピンコーターを用いて塗布し、ベーキングを行いコア層520を形成する。この際、材料の粘度に応じた適当な回転速度でスピンコートすることで、図示のごとく、ほぼ均一な厚さでコア層520を形成する。
【００３３】
次に、図5(h)に示すように、半球状の第2形状を有する構造体512に発光素子522からの出射光が結合するように、また略半楕円球状の第2形状を有する構造体514に結合した伝播光が受光素子524に結合するように発光素子522及び受光素子524をコア層520上に実装するため、コア層520上に素子駆動用パッド（Ti/Au）526を形成する。続いて、図5(i)に示すように、発光素子522及び受光素子524を素子駆動用パッド526上にフリップチップボンダーを用いて実装し、二次元光導波路回路を得る。
【００３４】
この様にして作製される二次元光導波路回路においても、図6に示すように、従来のものと比較して、外部へ放出される光を減少させられるため、光信号の伝送効率を上げることが可能となる（図6(a)が従来のものを示し、
図6（b）が本実施例のものを示す）。また、反射膜518を有した半球状に変形した第2形状を有する構造体512が配置されているため、半球状の構造体512の上面から入射された光は、効率良く散乱され、コア層520全域に伝搬させられる。一方、コア層520を伝搬してきた光は、略半楕円球状に変形した第2形状を有する構造体514により散乱され、略半楕円球状の構造体514の上方へ出射させられる。
【００３５】
本実施例においても、実施例1のところで述べた様な変更が可能である。また、本実施例で示した光路変換構造体の形成方法は一例であり、必ずしもこの形成方法に限られない。
【００３６】
以上、実施例2の構成をとることにより、従来の構成（図6(a)参照）と比べ、発光素子から出射された光が光導波路層に導波され、光導波路層を伝播した光が受光素子へ結合する効率が増し、光信号伝送の信頼性及び伝送速度が向上する。また、平坦な基板を用いることで、再現性良く二元光導波路装置を作製できる。
【００３７】
（実施例3）
図7は実施例3による二次元光導波装置を示した図である。図7において、700は発光素子、702は受光素子、704は入射側光路変換構造体、706は出射側光路変換構造体、708はクラッド層、そして710はコア層である。発光素子700と受光素子702と入射側光路変換構造体704及び出射側光路変換構造体706は、発光素子700より出射された光が入射側光路変換構造体704により光路変換され、光路変換された光が二次元光導波路のコア層810内を伝播し、伝播した光が出射側光路変換構造体706により光路変換され、受光素子702に結合するような位置関係にある。シート状の二次元光導波路層、光路変換構造体は、上記実施例のものと同様な構成を有する。本実施例では、受光素子702の受光面と出射側光路変換構造体706の頂点との距離がなくなるように（受光素子702と出射側光路変換構造体706は接している）、かつ発光素子700の出射口と入射側光路変換構造体704の頂点との距離が少なくとも75μm以上となるように、入射側光路変換構造体704の近くのコア層810を比較的厚くし、出射側光路変換構造体706側のコア層810を比較的薄くしている。
【００３８】
次に、本実施例で示した二次元光導波路層の作製方法を説明する。図8は、二次元光導波路回路の製造方法を説明する模式図である。同図において、800は基板、802はクラッド層、804は光路変換構造体材料、806はフォトマスク、808及び810は第1形状を有する構造体、812及び814は第2形状を有する構造体、816は反射膜材料、818は反射膜、820はコア層、822は厚いコア層、824は発光素子、826は受光素子、そして928は素子駆動用パッドである。
【００３９】
まず図8(a)に示すように、均一な厚さの基板（例えばSiウエハ）800上にクラッド層材料であるポリシラン系樹脂をスピンコーターを用いて塗布し、ベーキングを行い膜厚20μmのクラッド層802を形成する。その後、図8（b）に示すように、光路変換構造体材料である感光性を有した熱可塑性材料804をスピンコーターを用いて塗布し、フォトマスク806を用いて露光する。その後、図8(c)に示すように、現像過程を経て半径25μm、高さ17μm及び円柱状の第1形状を有する構造体808と810を形成する。この状態で、図8(d)に示すように、150 ℃のホットプレート上で4分間加熱し、形成した前記第1形状を有する構造体808と810に対して熱処理による溶融・再固化を行い、半径25μmの半球状に変形した第2形状を有する構造体812と814を形成する。次に、図8(e)に示すように、電子ビーム蒸着装置を用いて反射膜材料816であるCr
/ Auを蒸着する。続いて、図8(f)に示すように、スピンコーターを用いてフォトレジストを塗布し、露光・現像過程を経た後、半球状に変形した第2形状を有する構造体812と814の表面のみを覆うようにレジストマスク（図示せず）を形成し、その後Au、Crの順でエッチングを行い、半球状に変形した第2形状を有する構造体812と814の表面のみに反射膜818が形成される。
【００４０】
続いて、図8(g)に示すように、クラッド層802よりも屈折率の大きいポリシラン系樹脂をスピンコーターを用いて均一な厚さで塗布し、ベーキングを行いコア層820を形成する。次に、図8（h）に示すように、適当なパターンを持つマスクを用いてコア層820の一部をエッチングすることにより厚いコア層822を形成する。ここにおいて、コア層820上に、厚さが徐々に変化するマスクを形成して、これをコア層とともにエッチングすればコア層の厚さを徐々に滑らかに変えることもできる。こうすれば、光の伝播をより光損失少なく行なうことができる。
【００４１】
次に、図8(i)に示すように、半球状の第2形状を有する構造体812に発光素子824からの出射光が結合するように、また半球状の第2形状を有する構造体814に結合した伝播光が受光素子826に結合するように、発光素子824を厚いコア層822上に及び受光素子826をコア層820上に実装するため、コア層820及び厚いコア層822上に素子駆動用パッド（Ti/Au）828を形成する。続いて、図8(j)に示すように、発光素子824及び受光素子826を素子駆動用パッド828上にフリップチップボンダーを用いて実装し、二次元光導波路回路を得る。
【００４２】
この様にして作製される二次元光導波路回路においても、図9に示すように、従来のものと比較して、外部へ放出される光を減少させられるため、光信号の伝送効率を上げることが可能となる（図9(a)が従来のものを示し、
図9（b）が本実施例のものを示す）。また、半球状の構造体812の上面から入射された光は、効率良く散乱され、コア層820全域に伝搬させられる。また、コア層820を伝搬してきた光は、半球状に変形した第2形状を有する構造体814により散乱され、半球状の構造体814の上方へ出射させられる。
【００４３】
本実施例においても、実施例1のところで述べた様な変更が可能である。また、本実施例で示したコア層の形成方法は一例であり、必ずしもこの形成方法に限られない。本実施例では、コア層820をエッチングすることにより厚いコア層822を形成したが、図10に示す方法で形成してもよい。
【００４４】
この方法では、まず図10(a)に示すように、感光性を有したポリシラン系樹脂を用いてコア層1000を形成する。このコア層1000形成前までの工程は図8と同様である。続いて、図10(b)に示すように、コア層1000を形成した感光性を有したポリシラン系樹脂1002をスピンコーター用いて塗布する。次に、図10(c)に示すように、感光性を有したポリシラン系樹脂1002をフォトマスク1004を用いて露光する。その後、図10(d)に示すように現像工程を行うことで、厚いコア層1006を形成する。ここにおいて、階調を持つフォトマスクを用いてコア層となる感光性樹脂を階調を伴って露光し、現像することで、該樹脂コア層の厚さを徐々に滑らかに変えることもできる。
【００４５】
以上、実施例3の構成をとることにより、従来の構成（図9(a)参照）と比べ、発光素子から出射された光が光導波路層に導波され、光導波路層を伝播した光が受光素子へ結合する効率が増し、光信号伝送の信頼性及び伝送速度が向上する。また、本実施例の構成では常に平坦な面での加工のため、実施例1或いは実施例2と比べ二次元光導波路回路の作製が容易であり、かつ再現性良く作製することができる。
【００４６】
（実施例4）
実施例1乃至3に示した二次元光導波路回路と電気回路基板を組み合わせて作製した実施例4の光電融合基板を図11に示す。図11において1100はCPU、1102、1104、1106および1108はRAM、1110および1112は電子デバイス（LSI）、1114は発光素子、1116は受光素子、1118は伝送線路（電気配線）、1120はビーム光、1122は拡散光、1124は本発明の二次元光導波路層、1126および1128は電気回路基板である。図11(a)は、図11(b)の光電融合基板を矢印の方向から見た図であり、図11(a)では二次元光導波路層1124および電気回路基板1128は図示していない。
【００４７】
図12は光電融合基板の一部の断面図である。CPU1200は、電気回路基板1202上にハンダボール1204を用いてフリップチップボンディングされている。CPU1200と二次元光導波路層1206に実装された発光素子1208との接続は、電気回路基板1202に形成された内部配線1210を通して行われている。
【００４８】
従来の電気配線基板では、低速でのデータ転送においては問題とならないが、大容量・高速での伝送が必要となる場合には、EMIの影響や配線遅延などにより、常に安定したデータ転送をすることに困難が生じる場合がある。このような場合に、図11に示したように光電融合基板を用いることで安定した大容量・高速伝送が可能となる。例えば、CPUからの電気信号を発光素子を介して光信号に変換し、その信号をRAMやLSIと電気的に接続された受光器へ伝送する信号伝送方法を説明する。図11に示すように、CPU1100に電気的に接続された発光素子1114は二次元光導波路層内に埋め込まれており、発光素子1114から出射されたレーザ光が光路変換構造体（図示せず）に結合し二次元光導波路層1124内を伝播する。
【００４９】
図11においては、発光素子1114として1×2面発光レーザアレイを用い、それぞれの面発光レーザの注入電流を制御することにより、指向性を有したビーム光伝播或いは拡散光伝播、または両方の伝播を選択できる。このようにして二次元光導波路層1124内を伝播したレーザ光は受光素子1116近傍に設けられた光路変換構造体（図示せず）に結合し、受光素子1116へと導かれる。受光素子1116は、それぞれのRAMやLSIと接続されており、光信号を電気信号へと変換する。図11においては、RAM1102へは高速の信号をビーム光1120の伝播で送信し、またRAM1104、RAM1106、RAM1108へは拡散光1122の伝播として3つのRAMへ同時に伝送している。また、図示していないが、注入電流を制御することで、拡散光伝播の広がり角を更に広げ、LSI1110及びLSI1112へも信号を伝送することができる。
【００５０】
本実施例では、1×2面発光レーザアレイを用いたが、これに限定されるものではなく、より多くの面発光レーザをアレイ化したもの或いは単一の面発光レーザを用いてもよい。また、本実施例では二次元光導波路層が電気回路基板の間に内蔵された形状となっているが、これに限定されなく、電気回路基板の上部あるいは下部に二次元光導波路層がある形態、またはそれぞれの組み合わせの形状を取ってもよい。また、二次元光導波路層は単層であったが、多層としてもよい。なお、信号は必ず光により伝送する必要はなく、電気配線1018を介しても伝送できるように、選択の柔軟性を持たせてある。
【００５１】
このように二次元光導波路層を用いることにより、従来の信号線で問題となっていた配線自身がアンテナとなりコモンモードノイズ輻射による回路の誤動作などを生じていた電磁放射ノイズを大幅に低減でき、EMIの問題を改善することができる。
【００５２】
また、それぞれの面発光レーザへの注入電流を制御することにより、ビーム光伝播と拡散光伝播のいずれかを選択することが可能となり、ビーム光伝播においては光パワーロスを抑制して高速伝送が可能となり、拡散光伝播では注入電流を変えることにより拡散光伝播の広がり角を変えられ、光信号伝送領域の再構成が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の第1実施例における二次元光導波路回路を説明する断面図である。
【図２】本発明の第1の実施例における二次元光導波路回路の製造方法を説明する断面図である。
【図３】従来例と本発明の第1の実施例における二次元光導波路回路の比較を説明する断面図である。
【図４】本発明の第2実施例における二次元光導波路回路を説明する断面図である。
【図５】本発明の第2の実施例における二次元光導波路回路の製造方法を説明する断面図である。
【図６】従来例と本発明の第2の実施例における二次元光導波路回路の比較を説明する断面図である。
【図７】本発明の第3実施例における二次元光導波路回路を説明する断面図である。
【図８】本発明の第3の実施例における二次元光導波路回路の製造方法を説明する断面図である。
【図９】従来例と本発明の第3の実施例における二次元光導波路回路の比較を説明する断面図である。
【図１０】本発明の第3の実施例における二次元光導波路回路の製造方法の一部を説明する断面図である。
【図１１】本発明の第4の実施例における光電融合配線基板を説明する図である。
【図１２】本発明の第4の実施例における光電融合配線基板の内部を説明する断面図である。
【符号の説明】
【００５４】
100, 218, 400, 522, 700, 824, 1114, 1208：発光素子
102, 220, 402, 524, 702, 826, 1116：受光素子
104, 404, 704：入射側光路変換構造体
106, 406, 706：出射側光路変換構造体
108, 202, 408, 502, 708, 802：クラッド層
110, 216, 410, 520, 710, 820, 1000：コア層
【図１】
2005283970.tif 000003
【図２】
2005283970.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2005283970.tif 000007
【図６】
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【図７】
2005283970.tif 000009
【図８】
2005283970.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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