(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子デバイス、光デバイス、該電子デバイスに接続される電気配線、光配線層、及び基板を有する光電融合基板であって、前記光配線層が複数の細孔を有する陽極酸化アルミナで構成されるフォトニック結晶を含み構成されている２次元型の光導波路であり、前記細孔の一部は誘電体で充填され、且つ光が伝播する複数の方向へ配列しており、前記光デバイスから入力された信号光は光配線層内の前記誘電体が充填された細孔中を複数の方向へ送信され、且つ前記基板と電気配線との間は光配線層で絶縁されていることを特徴とする光電融合基板。
【請求項２】
前記フォトニック結晶は、前記光デバイスと前記光配線層との光接続に用いる光の波長より小さな周期を有する請求項１記載の光電融合基板。
【請求項３】
前記光配線層を伝搬してきた光を受信する前記光デバイスは、前記光配線層内の複数方向からの光を受信する請求項１記載の光電融合基板。
【請求項４】
前記フォトニック結晶は、アルミナを含み構成される請求項１記載の光電融合基板。
【請求項５】
前記光デバイスは受光素子であり、且つ該受光素子の受光領域の少なくとも一部は前記光配線層内に埋め込まれている請求項１記載の光電融合基板。
【請求項６】
前記陽極酸化アルミナは、アルミ基板上に設けられている請求項１に記載の光電融合基板。
【請求項７】
前記光配線層は、前記光デバイスと光配線層間で授受される光の波長と同程度の周期、あるいはそれより小さな周期を有する構造体を含み構成されている請求項１記載の光電融合基板。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれかに記載の光電融合基板を用いた電子機器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光電融合基板に関する。特に、電子デバイスおよび光デバイスが混在して配置される回路基板、およびそれを用いた電子機器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近、パーソナルコンピューター、さらには携帯電話や個人情報端末（ＰＤＡ）などの情報処理機器は、処理速度が速いこと、及び小型・軽量であることが同時に求められる。
しかしながら、処理速度が上がるにつれ、電子回路基板内における配線遅延の影響が大きくなることが指摘されている。これを防ぐには、チップ内およびチップ間の配線を極力短くすることがもっとも単純な方法である。このことは、基板の小型化にもつながるため、これまで多くの発明がなされてきた。
しかしながら、処理速度があがるにつれ、別の問題点が顕在化してきた。それはＥＭＩ（電磁放射干渉ノイズ）である。
【０００３】
このＥＭＩという問題点について説明する。
電子部品同士が近接して配置されることから、配線は短くなるが、配線密度は高くなる。この結果、近接した信号線に高速の信号が流れた場合、相互の電磁誘導により電磁波が干渉しあってノイズを発生し信号が正しく伝送できなくなる。特にモバイル端末では、低電圧化が進む影響で、従来より大電流で駆動されるケースが増えており、ＥＭＩの影響が大きくなってきている。
【０００４】
これを防ぐ方法として、たとえば、セラミック基板を多層にすることで、層ごとのＥＭＣ（電磁放射ノイズ耐性）を高める方策が通常とられているが、コスト高や歩留まりの点で問題がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
そこで本発明は、上記ＥＭＩの問題についての新たな回避手段を提供することにある。また、そのような回避手段を有する基板、更には当該基板を用いた種々の電子機器を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る光電融合基板は、電子デバイス、光デバイス、該電子デバイスに接続される電気配線、光配線層、及び基板を有する光電融合基板であって、前記光配線層が複数の細孔を有する陽極酸化アルミナで構成されるフォトニック結晶を含み構成されている２次元型の光導波路であり、前記細孔の一部は誘電体で充填され、且つ光が伝搬する複数の方向へ配列しており、前記光デバイスから入力された信号光は光配線層内の前記誘電体が充填された細孔中を複数の方向へ送信され、且つ前記基板と電気配線との間は光配線層で絶縁されていることを特徴とする。
【０００７】
また、本発明に係る光電融合基板は、電子デバイス、光デバイス及び光配線層を有し、該光配線層の少なくとも一部が陽極酸化アルミナにより構成されていることを特徴とする。
【０００８】
特に、前記陽極酸化アルミナが、前記光デバイスと光配線層等の光結合部に用いられていることが望ましい。
【０００９】
前記光デバイスは、受光素子であり、且つ該受光素子の受光領域の少なくとも一部は前記光配線層内に埋め込まれていることが、受光効率の面からは好ましい。
前記陽極酸化アルミナは、複数の細孔を有しており、該細孔の少なくとも一部に誘電体、導電性材料、磁性体、あるいはこれらの組み合わせ材料が充填されている態様も可能である。
【００１０】
また、本発明に係る光電融合基板は、電子デバイス、光デバイス及び光配線層を有し、該光配線層は、前記光デバイスと光配線層間で授受される光の波長と同程度の周期、あるいはそれより小さな周期を有する構造体を含み構成されていることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明は、電子デバイス、光デバイス、これらを電気絶縁する絶縁部、該電気デバイスもしくは光デバイス間を電気接続する電気配線、および光デバイス間を光接続する光導波路を有する光電融合配線基板であって、前記光導波路としてフォトニック結晶を有する光電融合配線基板である。
【００１３】
また、別の本発明は、電子デバイス、光デバイス、これらを電気絶縁する絶縁部、該電気デバイスもしくは光デバイス間を電気接続する電気配線および光デバイス間を光接続する光導波路を有する光電融合配線基板であって、光デバイスと光導波路の間の光結合部にフォトニック結晶構造体を有することをことを特徴とする光電融合配線基板である。
【００１４】
なお、フォトニック結晶の周期等を適宜設計することで、導波特性や光結合特性などを制御することができ、さらにはルーチングなど光回路の設計自由度を広げることができる。たとえば、細孔の集合体により形成されるフォトニック結晶の細孔間の間隔を、光デバイスと光配線層との光接続に用いる光の波長より小さな周期となるように設計するのである。
【００１５】
また、別の発明は、電子デバイス、光デバイス、これらを電気絶縁する絶縁部、該電気デバイスもしくは光デバイス間を電気接続する電気配線および光デバイス間を光接続する光導波路を有する光電融合配線基板において、該絶縁部の少なくとも一部に陽極酸化アルミナが用いられていることを特徴とする光電融合配線基板である。
【００１６】
この第２の態様により、電子デバイス、光デバイスを陽極酸化アルミナ上に配置することで、各デバイス間の電気絶縁を確保するとともに、陽極酸化アルミナを光配線や光結合部に適用することで、コンパクトな光電融合配線基板を簡易な手法で実現できるという作用がある。さらに、これにより、電磁放射ノイズを小さくでき、高速なデータを高い信頼性で扱うことができる。
【００１７】
さらには、陽極酸化アルミナは多くの細孔を有するが、その微細構造（細孔周期、細孔配列、細孔径など）を設計することで、導波特性や光結合特性を制御することができる。
特に、陽極酸化アルミナの細孔配列を規則的なものとすれば、陽極酸化アルミナはフォトニック結晶になり得る。
【００１８】
他にも、陽極酸化アルミナはアルミをはじめとする金属基板上に配置することで放熱性が優れた光電融合配線基板を実現できる。さらには、陽極酸化アルミナの細孔に導電性材料を充填することで、電子デバイスもしくは光デバイスの電気接続を可能とする電気配線として用いることもできる。
【００１９】
さらには、陽極酸化アルミナの細孔内に磁性体を充填することで電磁波吸収体として機能させることができる。これにより電磁放射ノイズに強い光電融合配線基板を実現できる。基板内に適宜配置することで、電磁放射ノイズによる電磁干渉を低減できる。
また、陽極酸化アルミナは大面積にわたり、容易かつ低コストに作製できるという利点がある。
また、本発明は、上記の光電融合基板を用いた電子機器である。
【００２０】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
以下、本発明の光電融合基板の一態様について説明する。なお、本発明においては、光電融合基板を光電融合配線基板という場合もあるが、両者同義である。
【００２１】
図１２は本発明の光電融合配線基板の一例を説明する模式断面図である。
図において、１０１は基板、１０９はフォトニック結晶、１０３その表面に形成された電子デバイス、１０４は、光配線層として機能するフォトニック結晶上に形成された電気配線、１０５は光デバイス、１０６はフォトニック結晶中を伝搬する光の様子を模式的に示したものである。
【００２２】
図１２においては、基板１０１上に電子デバイスや光デバイスが複数個形成されているように図示してあるが、必ずしも複数個のデバイスが必要になるわけではない。
【００２３】
（フォトニック結晶）
前記フォトニック結晶とは、前記光デバイスと光配線層間で授受される光の波長と同程度の周期、あるいはそれより小さな周期を有する構造体をいう。
このようなフォトニック結晶については、馬場氏の論文に詳しい記載がある（“Ｏ  ｐｌｕｓ  Ｅ”１９９９年１２月号、１５２４から１５３２頁（Ｖｏｌ．２１、Ｎｏ．１２））。
【００２４】
フォトニック結晶とは、２種類以上の屈折率（誘電率）の異なる部位を周期的に配列することで、その光学的性質を制御したものである。
たとえば２次元フォトニック結晶として図１３（Ａ）に示すような、第１の誘電部位（材料）の中に、柱状形状の第２の誘電部位（材料）が、２次元に配列した構造が挙げられる。
【００２５】
この様な媒質は、半導体のバンド形成理論において、電子波がブラッグ反射されてエネルギーＥと波数ｋとの分散関係がバンドを形成するのに類推されるように、光においても波長程度の屈折率の周期性がフォトニックバンドを生み出す。さらに、その周期構造によっては、光が存在できない波長領域、すなわちフォトニックバンドギャップが形成され、大きな光反射能を有するようになる。
【００２６】
フォトニックバンドを利用するには、その構造周期として、用いる光の波長程度から光の波長の数分の１のサイズを必要とする。
フォトニック結晶のフォトニックバンドは、その構造、構成材料などにより制御可能である。そして、構造周期サイズと波長の間にはスケール則が成り立つため、構造周期を制御することで所望の波長域にフォトニックバンドさらにはフォトニックバンドギャップを設定することができる。
【００２７】
本発明の周期構造体、すなわちフォトニック結晶の構造例としては、たとえば、２次元方向（ｘ、ｙ方向）に周期性を有する２Ｄフォトニック結晶が挙げられ、たとえば図１３（Ａ）や図７（Ａ）に示すように第１の誘電部位の中に、柱状形状の第２の誘電部位が規則的に２次元に配列した構造が挙げられる。図中、２１は第１の誘電材料、２２は第２の誘電材料である。図１３（Ａ）において、例えば、細孔を取り囲む領域の第１の誘電材料（屈折率ｎ１）と、細孔自体あるいは細孔に充填されている第２の誘電材料（屈折率ｎ２）との関係を以下のように定めることができる。例えば、ｎ１＞ｎ２としたり、ｎ１＜ｎ２とするのである。勿論、細孔の誘電率を１種類ではなく複数種の誘電率を用いてもよい。例えば第１の領域にある細孔は第２の誘電材料で充填し、第２の領域にある細孔は第３の誘電材料（第３の誘電材料の屈折率は、第２の誘電材料のそれとは異なる。）で充填するのである。ここでいう第１及び第２の領域は、実際に離れていてもよいし、重複部分があってもよい。
【００２８】
他にも、３Ｄフォトニック結晶として、３次元方向に周期性を有する構造であり、たとえば図１３（Ｂ）に示すように誘電体のロッド（棒）２４を積み上げた構造や、図１３（Ｃ）のように誘電体球２５を積み上げた構造などが挙げられる。
【００２９】
また２次元フォトニック結晶の周期構造としては、図７（Ｂ）に示すような正方配列や図７（Ｃ）に示すような三角格子配列などがあげられるが、フォトニックバンドギャップが開くという観点から、図７（Ｃ）に示すように６方向対称でハニカム状に規則的に配列した三角格子配列の構造が好ましい。
【００３０】
本発明の周期構造体、すなわちフォトニック結晶は２種類以上の異なる材料で構成されるが、構成する材料としては、屈折率が互いに異なるものであれば特に限定されるものではなく、任意のガラス材料、半導体材料、酸化物材料、金属材料、有機材料などが適用可能である。
また、大気や真空などを一つの材料とみなすこともできる。たとえば大気中で誘電棒や誘電球を配列させることでフォトニック結晶を作製できる。
【００３１】
本発明においては、このようなフォトニック結晶を光導波路や光結合部に適用し、その特徴を制御することで、微細な光回路を作製することができる。光導波路において光を十分に遮断するための周期構造の周期数は、フォトニックバンドの構造にもよるが、たとえば５〜２０層程度の周期数で十分な反射能とすることができる。フォトニック結晶のこのような性質により、光導波路の間は波長の数１０倍程度の幅（厚さ）を有すれば十分であり、これにより高密度で微小な光回路を実現できる。
【００３２】
本発明においては、周期構造により生じた特異な分散関係すなわちフォトニックバンド構造により、伝播光にさまざまな制御をほどこすことができる。たとえば、伝播光の波長域において、フォトニックバンドギャップが開いていれば、光が伝播できないため、これにより伝播領域、非伝播領域を設計することで、任意の光回路をつくることができる。
【００３３】
また、フォトニックバンドの異方性を用いれば、光の伝播方向を制限できる。すなわち面内の３６０°方向のうち３方向や４方向などに優先的に伝播させることができる。このような特徴は、後述の２次元光導波路を適用した光回路に適用する際に、適用範囲が広がる観点から特に好ましい。
【００３４】
本発明においては、フォトニック結晶を光導波路層の少なくとも一部として用いるが、当該光導波路層には、その上下にクラッド層などを配してもよい。
本実施形態においては、特に、光接続に用いる光の波長より小さな周期の繰り返し構造をからなる周期構造体を光導波路や光結合部に配置することで、光の伝播、結合などを制御でき、より自由度の高い光回路を形成できる。
また、光導波路は周期構造を有した絶縁性材料からなることで、絶縁部は電気絶縁の機能と、光デバイス間を光接続する光導波路としての機能を併せ持つことができる。
【００３５】
図の例では、基板上に、絶縁部であり周期構造体からなる光導波路を配し、その上に、電子デバイス、光デバイスとして発光素子や受光素子、電気配線を配することで電気回路を構成するとともに光導波路を介して光デバイスの間で光回路を構成している。このようにして、電気回路と光回路が共存した光電融合配線基板となる。
【００３６】
（電子デバイス）
ここで、電子デバイス１０３としては、抵抗、コンデンサなどの電気部品をはじめ、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＦ発振器等などのＩＣ，ＬＳＩチップなどを含む。光デバイス１０５としてはレーザーダイオード、ＬＥＤなどの発光素子、フォトダイオードなどの受光素子、電気光学素子などの変調素子などが挙げられる。ここでは、電子デバイスと光デバイスは別のものとして記してあるが、光デバイスと電子デバイスが集積された光電融合チップを用いても良い。
【００３７】
（基板）
基板１０１としては、アルミ、ＳＵＳなどの金属基板、Ｓｉ，ＧａＡｓなどの半導体基板、ガラスなどの絶縁基板、ＰＭＭＡやポリミドなどの樹脂基板、あるいはプラスチックなどのフレキシブル基板を適用することができる。また、十分な厚さを有し、それ自身で支持できる際には、周期構造体それ自身を基板とすることもできる。なお、必要に応じて基板は無くてもよい。
【００３８】
（電気配線）
電気配線１０４の作製には、たとえばＣｕ、Ａｇ、Ａｕ、等の導電性ペーストをスクリーン印刷法でアルミナ基材上に印刷して回路導体パターンを形成した後、導電性ペーストを焼成したり硬化させて回路導体を形成することが挙げられる。他にも、電解銅箔等の金属箔を積層し、所望のパターンに形成されたエッチングレジストを用いて金属箔を化学エッチングすることにより、回路導体パターンを形成することが挙げられる。
【００３９】
（光デバイスと光配線層との光結合について）
次に、光デバイスと光導波路の間の光結合部について説明する。
光デバイスと導波路の光結合部には、レンズやプリズムを用いても良いが、光電融合配線基板の小型化、部品点数の低下などの理由から周期構造体、すなわちフォトニック結晶を用いることができる。
後述の、光シートを用いた光回路においては、発光デバイス及び受光デバイスが２Ｄの多方位に光を放射、受光できることが好ましい。
【００４０】
光結合部に通常のプリズムなどを用いた場合には、放射、受光の方位が一方向に限られるがフォトニック結晶を適用することで、多方向への放射、受光できる。このような観点から、フォトニック結晶を光シートさらには光結合部に用いることは、双方のメリットを生かすことができ、光シートとしての応用にとって、好ましい手法といえる。特に、光配線層がアルミニウムの陽極酸化により形成されている場合には、光配線層と光デバイスとの光結合が効果的に行われる。
【００４１】
図３は光結合の様子を模式的に説明する為の図面である。図中３０１は発光素子、３０２は受光素子、３０３は光導波路、３０４は光結合部、１０１は基板、１０２は陽極酸化アルミナ、１０６は伝搬光である。
【００４２】
周期構造体を導波路と光結合部の両方に用いる場合には、図３（ａ）から（ｄ）のように、部分的にフォトニック結晶の微細構造の異なる部位を設けて光結合部とすることが挙げられる。
【００４３】
すなわち、周期構造体の構造変調（構造欠陥、周期性の変調、異種材料の充填など）により光結合部とし、効果的な光結合を促すこともできる。たとえば、２次元フォトニック結晶を導波する光を構造欠陥により上方向にとりだした例として野田らの例が挙げられる（“ＮＡＴＵＲＥ”４０８号、ｐ６０８（２０００））。
【００４４】
このような構成の作成には、あらかじめ光結合部の変調構造を作りこんでもよいし、あらかじめ光導波路としての周期構造を作製しておき、その一部に異種材料の充填などで構造変調をもたせることもできる。たとえば図１５は２次元周期構造に欠陥を導入した例である。このような構成は、作成方法によっては作製の簡略化がはかられ、好ましい。
このような構成の作成のしやすさの観点から、２Ｄフォトニック結晶が好適である。
【００４５】
図３は本発明の光電融合配線への周期構造体の適用方法を示す断面図である。
図３においては、周期構造体として、その一例として陽極酸化アルミナ１０２として図示しているが陽極酸化アルミナ以下外の任意の周期構造体を適用可能である。
【００４６】
図３（ａ）は周期構造体を導波路及び光結合部として用いた例である。図３（ｂ），（ｃ），（ｄ）は周期構造体を光結合部に配し、別に光導波路を用意した例である。それぞれ、図３（ｂ）は光導波路と周期構造体を基板上に配した例、図３（ｃ）は光導波路層上に光結合部として周期構造体を配した例、図３（ｄ）は周期構造体上に導波路層を配した例である。
【００４７】
図３（ｂ），（ｃ），（ｄ）のような場合に、光導波路には、ガラス、半導体、有機物などの任意の材料を適用できる。ただし、図３（ａ）のように周期構造体を導波路としても利用することが、光電融合配線基板の小型化、部品点数の低下、製造が簡易であるなどの理由から好ましい。また、周期構造体、すなわちフォトニック結晶は、フォトニックバンドを適宜設計することで、光回路を構成することができるという特徴がある。
【００４８】
光回路の構成としては、所望のデバイス間を結ぶライン導波路として用いることが挙げられる。これには導波路をパターニングすることで任意のデバイス間を結ぶことが挙げられる。フォトニック結晶を導波路に適用する場合には、フォトニック結晶をパターニングする手法のほか、フォトニック結晶の微細構造の異なる部位を設けて導波路とすることが挙げられる。
【００４９】
たとえば、図８のように、２次元フォトニック結晶の一部のすきま（細孔）に異なる材料を充填することなどの手法が挙げられる。他にも、同様な、２次元フォトニック結晶においては、導波部の細孔径を変えるなどの手法が挙げられる。
【００５０】
さらに、光回路の構成としては以下に示すような２次元光導波路（以下光シートと称する）として用いることが好ましい。図６は光シートの一例を示す概略図である。光シートは、光配線となる光導波路に２次元導波路（シート状光導波路）を適用することで、任意の位置に光デバイスを配置することができ、１点からすべての光デバイスに２次元的に光データを送信するようにしたものである。すなわち、光デバイスは２次元光導波路の複数方向へ光を送信することや２次元光導波路の複数方向からの光を受信することができる。
【００５１】
この光シートは、以下のような理由でライン導波路すなわち光配線より好ましい。
光配線は、電磁放射ノイズの抑制の観点から大きな利点を有するが、１本当たりの配線の物理的大きさは、光導波路を用いる限り電気配線にくらべ一桁以上大きいため、すべての電気配線を光配線に変更することは、サイズが大きくなったり、曲げによる損失が大きくなるなどのデメリットの方が大きくなる。さらに、光配線を導入することで、従来の電気配線パターンの変更を余儀なくされるデメリットもある。
【００５２】
光シートは、電気配線と光配線を分離して配置し、かつ２次元光導波路とすることで、電気配線の設計に影響を与えることなく、光デバイス間の情報伝達が可能である。
【００５３】
先に述べたように、光シートを用いた光回路においては、発光デバイス及び受光デバイスが２Ｄの多方位（複数方向）に光を放射、受光できることが好ましい。このような観点から光導波路、光結合部にフォトニック結晶を適用することは、多方向への放射、受光でき、技術的適合性に優れる。
【００５４】
次に、本発明の周期構造体すなわちフォトニック結晶の製法について説明する。
本発明の、周期構造体を作製する手法として、まず電子線リソグラフィーやフォトリソグラフィーとエッチングなどの半導体加工技術を適用したパターニング手法を用いることが挙げられる。これにはあらかじめ所望のパターンを作製した後、エッチングや選択成長などの手法で作製することが挙げられる。
【００５５】
さらには、フェムト秒レーザーを用いた露光、加工は、３次元構造を作成することができるため、有効な手法である。
しかしこのような手法は、パターニング形成において歩留まりの悪さや装置のコストが高いなどの問題があるため、以下のように自然に形成される規則的なナノ構造を用いる事もできる。たとえば、陽極酸化アルミナ皮膜、誘電体球を自己組織配列する技術などが挙げられる。
【００５６】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施態様として、光配線層を構成する光導波路として陽極酸化アルミナを用いた場合について説明する。
光導波路として陽極酸化アルミナを適用することで十分な作用を有するが、さらに、陽極酸化アルミナの細孔配列を規則的なものとしフォトニック結晶構造にすれば、前記第１の実施形態で示した作用も有する。
【００５７】
図１は本発明の光電融合配線基板の一例を説明する模式断面図である。図において、１０１は基板、１０２は陽極酸化アルミナからなる光導波路層、１０３その表面に形成された電子デバイス、１０４は表面に形成された電気配線、１０５は光デバイス、１０６は光導波路中の光である。
【００５８】
図１（ａ）のように、本発明は陽極酸化アルミナが形成された基板上に、電子デバイス、光デバイス、電気配線を配する。陽極酸化アルミナが絶縁層としての機能と、光デバイス間を光接続する光導波路としての機能を果たすことを特徴とする。
陽極酸化アルミナは絶縁性を有するために、これによりデバイス間の絶縁をとることができ、この上に電気配線を作製することで、電気回路を組むことができる。
【００５９】
さらに陽極酸化アルミナ上に、光デバイスとして発光素子や受光素子を配置し、陽極酸化アルミナ内に光を伝播することで、光回路を組むことができる。また、図１（ｂ）のように光デバイスは陽極酸化アルミナの中に埋め込むように配置することもできる。特に、受光素子の光を受け取る部分は光導波路内に埋め込まれているのが好ましい。
【００６０】
電子デバイス、光デバイス、電気配線は、上記実施形態１で説明したものと同様のものを適用できる。
陽極酸化アルミナはアルミニウム基板（あるいは膜）を陽極酸化することで形成されることから、基板としては例えばアルミニウムが挙げられる。他にも、任意の基板上にアルミ膜を製膜後、アルミ膜を陽極酸化することで、任意の基板上に形成可能である。
【００６１】
基板としては、アルミ、ＳＵＳなどの金属基板、Ｓｉ，ＧａＡｓなどの半導体基板、ガラスなどの絶縁基板、ＰＭＭＡやポリミドなどの樹脂基板を適用することができる。
また、十分な厚さを有し、それ自身で支持できる際には、図２（ａ）のように陽極酸化アルミナ自身を基板とすることもできる。
【００６２】
これらの中でも、放熱性の観点から、基板として熱伝導率のよい金属を用いることが好ましい。さらには、陽極酸化アルミナはアルミの陽極酸化で作製されることから、アルミの上に配することが簡便で、好ましい。
【００６３】
なお、図２は本発明の光電融合配線基板の他の例を説明する模式断面図である。
図２（ａ）は陽極酸化アルミナ基板の上下に回路を配置した場合の模式図である。光配線層として機能する陽極酸化アルミナが絶縁層を有するため、上下の回路間の絶縁が可能となる。ここでいう、回路とは、例えば電子デバイス、光デバイス、電気配線等で構成される。
【００６４】
また、図２（ｂ）のように、基板１０１（たとえばアルミ）の両面に陽極酸化アルミナ層１０２を設け、さらには回路２０１を配することもできる。この際には、金属配線が設けられたビアホール２１０を設け、表裏の回路の電気接続をとることができる。
また、必要であれば、陽極酸化アルミナの上にさらに樹脂などをコートしてもよい。
【００６５】
図３は本発明の光電融合配線への陽極酸化アルミナの適用方法を示す断面図である。
図３（ａ）は陽極酸化アルミナ１０２を導波路及び光結合部として用いた例である。図３（ｂ），（ｃ），（ｄ）は陽極酸化アルミナを光結合部３０４に配し、別に光導波路３０３を用意した例である。それぞれ、図３（ｂ）は光導波路と陽極酸化アルミナを基板１０１上に配した例、図３（ｃ）は光導波路層３０３上に光結合部として陽極酸化アルミナを配した例、図３（ｄ）は陽極酸化アルミナ上に導波路層を配した例である。
【００６６】
図３（ｂ），（ｃ），（ｄ）のような場合に、光導波路には、ガラス、半導体、有機物などの任意の材料を適用できる。ただし、図３（ａ）のように陽極酸化アルミナを導波路としても利用することが、光電融合配線基板の小型化、部品点数の低下、製造が簡易であるなどの理由から好ましい。
また、陽極酸化アルミナは、細孔の配列を規則的なものとすることで後述するように２次元フォトニック結晶とみなすことができる。
【００６７】
即ち、フォトニックバンドを適宜設計することで、光回路を構成することができるという特徴がある。陽極酸化アルミナは、陽極酸化という簡易な手法で大面積にわたるアスペクトの高い２次元周期構造、すなわち２Ｄフォトニック結晶を簡易に作製できる手法であるといえる。
【００６８】
光導波路としては、所望のデバイス間を結ぶライン導波路として用いることが挙げられる。これには導波路をパターニングすることで任意のデバイス間を結ぶことが挙げられる。陽極酸化アルミナを導波路に適用する場合には、陽極酸化アルミナをパターニングする手法のほか、陽極酸化アルミナの微細構造（細孔周期、細孔配列、細孔径など）の異なる部位を設けて導波路とすることや、図８のように所望の位置の細孔５３に樹脂などの誘電体５７を充填して導波路とすることが挙げられる。同図において、５２は陽極酸化アルミナ、１０６は光の伝搬方向である。
【００６９】
このように陽極酸化アルミナは、２次元フォトニック結晶として用いることができるため、ライン導波路とは別に、先に記した２次元光導波路（以下光シートと称する）として用いることが好ましい。
【００７０】
光シートは、電気配線と光配線を分離して配置し、かつ２次元光導波路とすることで、電気配線の設計に影響を与えることなく、光デバイス間の情報伝達が可能である。光シートにおいては、デバイスレベルでは、発光デバイス及び受光デバイスが２Ｄの多方位に光を放射、受光できることが好ましい。光結合部に通常のプリズムなどを用いた場合には、放射、受光の方位が一方向に限られるが細孔が２次元的に配列した陽極酸化アルミナを適用することで、多方向への放射、受光できる。このような観点から、陽極酸化アルミナを光シートさらには光結合部に用いることは、光シートとしての応用にとって、好ましい手法といえる。
【００７１】
光デバイスと導波路の光結合部には、レンズやプリズムを用いても良いが、光電融合配線基板の小型化、部品点数の低下、製造が簡易であるなどの理由から、図３（ａ）のように、陽極酸化アルミナを用いることが好ましい。陽極酸化アルミナの２次元構造を適宜設計することで、有効な光結合を得ることができる。この際、一つの設計指針としては、細孔（もしくは細孔への充填物）を光の散乱体としてみなし、有効な散乱を起こすように細孔のサイズを調整することで効果的な光の結合をとることができる。もう一つの指針は、２次元規則配列させることで、２次元のグレーティング結合素子とみなした設計から結合を高めることが挙げられる。更に別の指針は、陽極酸化アルミナをフォトニック結晶とみなし、構造欠陥の導入などにより効果的な光結合を促すこともできる。
【００７２】
また、陽極酸化アルミナを導波路と光結合部の両方に用いる場合には、図３（ａ）（ｄ）のように、部分的に陽極酸化アルミナの微細構造（細孔周期、細孔配列、細孔径など）の異なる部位を設けて光結合部とすることや、所望の位置の細孔に樹脂などの誘電体を充填して光結合部とすることが挙げられる。
【００７３】
以下に陽極酸化アルミナについて詳しく説明する。
陽極酸化アルミナはＡｌ膜やアルミ箔、アルミ板などをある特定の酸性溶液中で陽極酸化することにより作製される（たとえばＲ．Ｃ．Ｆｕｒｎｅａｕｘ，Ｗ．Ｒ．Ｒｉｇｂｙ＆Ａ．Ｐ．Ｄａｖｉｄｓｏｎ“ＮＡＴＵＲＥ”Ｖｏｌ．３３７、Ｐ１４７（１９８９）等参照）。
【００７４】
図９に陽極酸化アルミナの概略図を示す。この陽極酸化アルミナ５２は、Ａｌと酸素を主成分とし、多数の円柱状のナノホール５３を有し、そのナノホール５３は、基体の表面にほぼ垂直に配置し、それぞれのナノホールは互いに平行かつほぼ等間隔に配置している。アルミナナノホールの直径２ｒは数ｎｍ〜数１００ｎｍ、間隔２Ｒは数１０ｎｍ〜５００ｎｍ程度であり、陽極酸化条件により制御可能である。また、陽極酸化アルミナ層５２の厚さ、ナノホールの深さは、陽極酸化時間などで制御することができる。これはたとえば１０ｎｍ〜５００μｍの間である。
【００７５】
また、先述したように陽極酸化アルミナは細孔を規則的に配列させることでフォトニック結晶とみなすことができる。
【００７６】
フォトニック結晶とは、２種類以上の屈折率（誘電率）の異なる部位を周期的に配列することで、その光学的性質を制御したものである。陽極酸化アルミナは、第１の誘電部位（アルミナ）の中に、円柱状の第２の誘電部位が規則的に配列した構造を有し、フォトニック結晶とみなすことができる。フォトニック結晶のフォトニックバンドは、その構造、構成材料などでかわるが、その構造周期サイズと波長の間にはスケール則が成り立つため、構造周期を制御することで所望の波長域にフォトニックバンドを設定することができる。陽極酸化アルミナの構造周期、すなわち細孔間隔は作製条件により数１０から５００ｎｍの範囲で制御できるため、紫外から赤外域においてフォトニック結晶として用いることができる。さらには、陽極酸化アルミナは、陽極酸化という簡易な手法で大面積にわたるアスペクトの高い２次元周期構造、すなわち２Ｄフォトニック結晶を簡易に作製できるという特徴がある。
【００７７】
陽極酸化アルミナを導波路に適用する場合には、透過率などの観点から細孔が規則的に配列していることが望ましい。以下に述べる細孔開始点を用いた作製方法により、アルミナの細孔配列を規則的なものとする事ができる。
【００７８】
細孔が規則的に配列した陽極酸化アルミナの作成方法について、図１０を用いて詳しく説明する。
陽極酸化の前工程として、アルミ膜５１の表面に陽極酸化の細孔開始点５５となるよう凹凸を作製しておく。図中５６は下地材料であるが、省略することもできる。
【００７９】
アルミ膜５１の表面の加工により、アルミナの細孔配列を三角格子配列等の規則的な配列とする事ができる（益田：“ＯＰＴＲＯＮＩＣＳ”Ｎｏ．８（１９９８）２１１参照）。
陽極酸化アルミナは、後述の陽極酸化の工程において、細孔が三角格子状に自己組織的に配列する傾向を有するため、細孔開始点の配列も三角格子状とすることが好ましいが、その他に正方格子など、任意の配列を適用することも可能である。
【００８０】
この細孔開始点５５（凹部）の形成方法としては、集束イオンビーム（ＦＩＢ）を照射する手法、ＡＦＭを始めとするＳＰＭを用いて行う手法、特開平１０−１２１２９２号公報で開示されたプレスパターニングを用いて凹みを作成する手法、レジストパターン作成後エッチングにより凹みを作る手法などを用いることが挙げられる。
【００８１】
これらの中でも、集束イオンビーム照射を用いる手法は、レジスト塗布、電子ビーム露光、レジスト除去といったような手間のかかる工程は不必要であり、直接描画で所望の位置に短時間で細孔開始点５５を形成することが可能であることや、被加工物に圧力をかける必要がないので、機械的強度が強くない被加工物に対しても適用可能であるなどの観点から特に好ましい。
ここでは、細孔配列を規則的にするために、この前工程を説明したが、配列を規則的にする必要がない場合は、この前工程を省いてもかまわない。
【００８２】
引き続き、陽極酸化を行うが、実際の陽極酸化は図１１に示すような装置で行うことができる。図１１中、４０は恒温槽であり、４１は試料、４２はＰｔ板のカソード、４３は電解質、４４は反応容器であり、４５は陽極酸化電圧を印加する電源、４６は陽極酸化電流を測定する電流計である。図では省略してあるが、このほか試料ホルダー、電圧、電流を自動制御、測定するコンピュータなどが組み込まれている。試料４１およびカソード４２は、恒温水槽により温度を一定に保たれた電解質中に配置され、電源より試料、カソード間に電圧を印加することで陽極酸化が行われる。陽極酸化に用いる電解質は、たとえば、シュウ酸、りん酸、硫酸、クロム酸溶液などが挙げられる。
【００８３】
陽極酸化アルミナの細孔間隔すなわち構造周期は、陽極酸化電圧とほぼ次の式（１）の相関を有するため、開始点配列（間隔）に対応して陽極酸化電圧を設定する事が望ましい。
【００８４】
【数１】
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【００８５】
陽極酸化アルミナの厚さは、アルミ膜の膜厚や陽極酸化の時間によって制御する事ができる。たとえば全アルミ膜厚をすべて陽極酸化アルミナに置換する事や、所望のアルミ膜を残す事もできる。
【００８６】
さらに陽極酸化アルミナ層を酸溶液（たとえばりん酸溶液）中に浸す処理（ポアワイド処理）により、適宜ナノホール径を広げることができる。酸濃度、処理時間、温度を制御することにより所望のナノホール径を有する陽極酸化アルミナとすることができる。
【００８７】
さらにゾルゲル、ＣＶＤ、電着などの手法により、細孔内に誘電体や金属などを充填することもできる。このような手法は、一連のプロセスで作製でき、作製簡略化の観点から好ましい。
【００８８】
たとえば、誘電体を充填することで、細孔部の誘電率を変えることができ、これにより、前述のフォトニックバンドを制御することができる。たとえば、図８に挙げられるように誘電体の充填パターンを任意に形成することで、光回路を作製できる。
【００８９】
また、細孔内に金属を充填することで、図４に示すように陽極酸化アルミナ１０２の上に配する電子デバイス（あるいは光デバイス）１０３と、下部に配した配線４０２の間で電気接続をとることができる。図中、１５０はビアホールで、ビアホール内にＣｕやＡｌ等の金属材料を充填した部分を指している。
【００９０】
たとえば、図４（ａ）は、陽極酸化アルミナ１０２の細孔をコンタクトホールとして用い、上部電子（光）デバイスと下部電極４０２との電気的接続を実現した例である。図４（ｂ）は細孔をビアホール１５０として用い上部回路と下部回路の電気的接続を実現した例である。
【００９１】
他にも、図５に示すように、陽極酸化アルミナ１０２の中に磁性体５０１としてフェライトやＦｅ，Ｎｉ、Ｃｏなどを充填することで、電波吸収体とし、電磁ノイズ発生を抑制し、さらには電磁ノイズから影響を受けにくくすることができる。たとえば、図５（ａ）は、電気回路の間に磁性体５０１を充填した例であり、図５（ｂ）は磁性体を充填した陽極酸化アルミナ上に電気回路２０１を配した例である。１０６は光の伝搬を模式的に示すものである。
【００９２】
なお、本実施形態で説明したように光配線層下部の基板としてアルミニウム基板を使用すれば、放熱対策の点でも好ましいものである。
最近では電子回路の高周波化、信号の高速化、高密度化がすすみ、放熱対策が重大問題になっている。
【００９３】
発熱は、デバイス特性を悪化させたり、さらには電子部品に損傷を与えることがある。特に、発熱量の大きいパワーデバイスや温度に敏感な光デバイスなどを用いる際には、放熱性に優れた基板が望まれる。なお、放熱性に優れた基板としては、アルミニウム以外にもたとえば特開平８−２３６８８５号公報にあげられるような金属絶縁基板を用いることができる。
【００９４】
【実施例】
以下に実施例をあげて、本発明を説明する。ただし、本発明は、以下に示す実施例に限られるものではなく、上述の概念に含まれるものであれば、その構成、製法は、制限されるものではない。
【００９５】
実施例１
本実施例においては、図１に示すように、アルミ板上に陽極酸化アルミナを形成し、その上に電気デバイス、光デバイスを実装した例である。
まず、アルミ板を陽極酸化し表面に厚さ５μｍの陽極酸化アルミナを形成した。
【００９６】
陽極酸化に先立ち、アルミ膜表面にＦＩＢ照射による開始点（くぼみ）形成を行うことで、細孔をハニカム状（三角格子状）に規則的に配列したものとした。本実施例においてはＧａの集束イオンビームを照射することで用い、３６０ｎｍ間隔の三角格子配列にドット状の開始点を形成した。ここで集束イオンビーム加工のイオン種はＧａ，加速電圧は３０ｋＶ、イオンビーム径は１００ｎｍ、イオン電流は３００ｐＡ、各ドットの照射時間は１０ｍｓｅｃとした。
【００９７】
陽極酸化は図１１に示す装置を用い、本実施例においては、陽極酸化の電解液として０．３ｍｏｌ／ｌリン酸浴を用い、１４４Ｖの陽極酸化を行った。さらにポアワイド処理として、りん酸溶液５ｗｔ％中に４５分浸すことでナノホール径を約１００ｎｍに広げた。
【００９８】
陽極酸化アルミナの上に、例えば銀ペーストや銅ペースト等の導電性ペーストをスクリーン印刷法で印刷して所望の回路パターンを形成し、かかる導電性ペーストを焼成若しくは硬化させて、回路を形成した。次いで、各種電子デバイス、光デバイスを実装し、光電融合配線基板とした。
光デバイスは、１．５μｍ帯のＩｎＰ系の発光デバイス及びＩｎＧａＡｓの受光デバイスを用いた。
【００９９】
電子デバイス及び光デバイスを動作させたところ、陽極酸化アルミナからなる光導波路を介し、光デバイス間で光回路が形成されており、所望の動作を行うことを確認した。本実施例により、陽極酸化アルミナを光導波路及び光結合部として適用できることがわかった。そして、光配線層を用いることは、ＥＭＩに対する問題の解消につながる。また、放熱性の高いアルミ基板上に、光電融合回路を作製することができた。なお、本実施例においては光配線層として機能する上記陽極酸化アルミナ内では、光は３６０度全方位に伝搬する。但し、上記三角格子状配列により伝搬方向によって、光強度は異なる。
【０１００】
なお、半導体装置において、光配線を用いる方法は、たとえば特開平５−６７７７０号公報や特開平６−３０８５１９号公報に示されている。しかしながらこれらの方法は、光配線が線状光導波路を用い、光導波路へ光を出射あるいは入射する方法に関しては、ミラーやプリズムなどが用いられている。
一方、本実施例のように陽極酸化アルミナを光結合部に用いることでミラー等を不要にすることが出来る。
【０１０１】
実施例２
本実施例は、図４（ｂ）のように陽極酸化アルミナ自身を基板として用い、表裏両面にデバイスを実装した例である。さらに、一部の細孔をビアホールとして利用し、表裏両面にわたり電気的接続、光接続を実現した例である。
【０１０２】
本実施例においては、実施例１と同様の方法で、陽極酸化の電解液として０．３ｍｏｌ／ｌリン酸浴を用い、８８Ｖの陽極酸化を行った。さらにポアワイド処理として、りん酸溶液５ｗｔ％中に４０分浸すことで、細孔間隔２２０ｎｍ、細孔径約１００ｎｍの陽極酸化アルミナとした。
【０１０３】
引き続き、塩化水銀水溶液を用いてアルミを溶解し、陽極酸化アルミナを単離した。
次に、細孔内にＰＭＭＡを充填することで、導波路パターンを形成した。本実施例においては図８に示すようにＰＭＭＡ充填部が導波路となる。非充填部はフォトニックバンド構造により、状態密度が小さくなるように微細構造（細孔周期、細孔径）を設計してある。
【０１０４】
陽極酸化アルミナの表裏に、例えば銀ペーストや銅ペースト等の導電性ペーストをスクリーン印刷法で印刷して所望の回路パターンを形成し、かかる導電性ペーストを焼成若しくは硬化させて、回路２０１を形成した。次いで、各種電子デバイス、光デバイスを実装し、光電融合配線基板とした。また、めっきにより部分的に細孔内にＣｕを充填した。この細孔内Ｃｕが配線として機能し、表面と裏面の電気配線を繋ぐことができる。
【０１０５】
光デバイスは、０．６μｍ帯のＡｌＧａＰ系の発光デバイス及びＳｉの受光デバイスを用いた。
電子デバイス及び光デバイスを動作させたところ、表裏の回路の間で、電子回路及び光回路が形成されており、所望の動作を行うことを確認した。本実施例により、陽極酸化アルミナを光導波路として適用し、光回路を作製できることがわかった。
【０１０６】
実施例３
本実施例は、図５（ｂ）に示すように、陽極酸化アルミナ１０２の細孔中にＦｅを充填し、電磁波吸収体（磁性体）５０１としての機能を持たせた例である。同図においては、磁性体は、細孔の厚さ方向に関して、その途中までしか充填していない場合を示している。勿論、細孔の厚さ方向全部に磁性材料を充填してもよいし、電磁波吸収体として機能させたい部分だけに充填することも可能である。
【０１０７】
まず、Ｓｉ基板上にＮｂ膜、アルミ膜を順じ形成した後、アルミ膜を陽極酸化アルミナに変換した。
陽極酸化アルミナの厚さは５μｍ、細孔間隔３００ｎｍ、細孔径１００ｎｍとした。次に、陽極酸化アルミナの細孔内に電着によりＦｅを細孔の深さ１μｍ程度に充填した。
【０１０８】
陽極酸化アルミナ上に導電性ペーストを用いて、電気配線を形成した後、電子デバイス、光デバイスを実装し、光電融合配線基板とした。光デバイスは、１．３μｍ帯のＧａＡｓＮの発光デバイス及び受光デバイスを用いた。
電子デバイス及び光デバイスを動作させたところ、光デバイス間で光回路が形成されており、所望の動作を行うことを確認した。また、本実施例の基板は、電磁ノイズ耐性が強く、電磁放射ノイズが少なかった。
【０１０９】
実施例４
本実施例は、陽極酸化アルミナを図６に示すような光シートに適用した例である。
図６において、６０２は２次元光導波路層（以下光シートと称する）、６０３はその表面に形成された光Ｉ／Ｏ機能付ＩＣ（たとえばＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＦ発振器等に光デバイス付与）、６０４は表面に形成された電気配線、６０５は前記光シート中を伝播する光が形成する光配線である。
【０１１０】
本実施例の、光シートとしては、陽極酸化アルミナを使用した。但し、実施例１と同様にしてＰＭＭＡ基板上に陽極酸化アルミナを配した。さらに、陽極酸化アルミナの細孔内には、光結合部を除いた部分にポリミドを充填した。但し、図３（ａ）に示すように、光デバイスとの光結合部においてはポリミドを充填せず空隙にすることで結合性を高めた。このような光結合部を適用することで、陽極酸化アルミナが、発光デバイスの場合も受光デバイスの場合も、多方向に出射および入射が可能なことが大きな特徴となっている。
【０１１１】
（動作原理）
以下に動作原理について説明する。
（送信機能）
図６において、光Ｉ／Ｏ機能付ＬＳＩ６０３の出力電気信号（ＣＭＯＳロジック）は、電気配線６０４を介して近傍の電子デバイスに信号を伝送することができる。また、光Ｉ／Ｏデバイスを駆動して出力光信号を発生し、光導波路層（光シート）６０２を介して、光配線として用いることも可能である。場合に応じて、どちらかの方法を選択する。
【０１１２】
ＬＳＩのロジック信号（たとえばＣＭＯＳなら３．３Ｖ）は、前記光デバイスを駆動するのに十分な電圧である。光デバイスに順バイアスとなるようロジック信号を印加することで、電気信号は光信号に変換される。
このとき、光は多方向に放射されるため、特別な光学系なしで、光シート全面に拡散伝播していく。本実施例において、導波路への結合効率は４０％以上を確保できる。
【０１１３】
（受信機能）
逆に、光シート６０２の任意の方向から伝播してくる入力光信号は、受光素子に取り込まれ電子信号に変換される。変換された電気信号は入力電気信号として近接するＬＳＩ６０３内部に取り込まれ処理される。この際、受光素子にともに電気信号を増幅するプリアンプを集積していれば、ＣＭＯＳコンパチブルの電圧に復元することができる。
以上の効果として、本発明を用いれば、電気配線だけでは困難だった、配線遅延問題とＥＭＩ問題の同時解決が可能である。
【０１１４】
実施例５
次に別の光シートを用いクロック配信を行った応用例について説明する。
１つの基板上に複数の電子部品（ＣＰＵやメモリなど）６０３や光デバイスが実装され、その配線の一部が実施例４のように、光デバイスで基板に結合している場合を示す。
【０１１５】
本実施例において、光Ｉ／Ｏ機能付ＬＳＩ６０３はクロックジェネレータとする。クロック信号は光デバイスを介して信号を光信号に変換され光シートを介し、基板上のすべてのデバイスにを配信する。基板上の任意の電子デバイス（たとえばＭＰＵ）もまた、光デバイスを有しているので、クロックジェネレータからの光信号を受光する。他のデバイス（たとえばＲＡＭ）も同様な方法でクロック信号を受けることができるため、共通のクロックで動作させることができる。
【０１１６】
以上の効果として、従来、個々のデバイスにクロック信号を分配しようとすると、自由に配線パターンを選べないため、あるいは、配線距離が等長にできないことによる配線遅延や高速大電流動作によるＥＭＩの影響が無視できなかったが、本発明によれば、最短距離でかつ電磁無誘導で配線できるため、これら問題点を一挙に解決できた。
【０１１７】
実施例６
本実施例においては、リソグラフィーの手法を用いて、ＳＯＩ基板のＳｉ層を周期構造に加工し、２次元光導波路、及び光結合部に適用した例である。なお、ＳＯＩ基板とは絶縁層基板上にシリコン層を有する基板のことである。
【０１１８】
まずＳＯＩ基板に、電子ビームリソグラフィーと、ドライエッチ技術を施し、Ｓｉ層を２次元周期構造体に加工した。Ｓｉ層の厚さは２μｍであり、周期構造は、孔径０．５５μｍの円柱細孔が三角格子周期パターンで０．６５μｍ間隔で配列したものとし、フォトニック結晶構造を形成した。
基板上に、真空蒸着により電気回路を形成後、次いで、各種電子デバイス、光デバイスを実装し、光電融合配線基板とした。光デバイスとして１．５μｍ帯のＩｎＰ系の発光デバイス及びＩｎＧａＡｓの受光デバイスを用いた。
【０１１９】
本実施例においては、周期構造を有した光導波路、すなわち２次元フォトニック結晶の構造異方性から、あらかじめ設計した方向に、（たとえば、３角格子の対称性を有した６方向に）優先的に光を伝播させることができる。これにより、光デバイス間を接続するルーティングが可能となった。本実施例は伝播方向の指定により、光デバイスの設置位置自由度が下がるものの、導波路の３６０°全方向に伝播させる場合に比べて光を有効に利用でき、２次元光導波路の適用範囲がひろがった（サイズの大きい光導波路へ適用することができる）。
【０１２０】
電子デバイス及び光デバイスを動作させたところ、光デバイス間で光回路が形成されており、所望の動作を行うことを確認した。また、本実施例の基板は、電磁ノイズ耐性が強く、電磁放射ノイズが少なかった。本実施例においては、ＳＯＩ基板のシリコン層に半導体回路を集積することも可能である。
【０１２１】
実施例７
本実施例は、光結合部としてポリスチレン球が配列した３次元周期構造体を配した例である。
まず、フォトリソグラフィーと異方性ウエットエッチング技術を用いて、図１４に示すように、Ｓｉ基板１４４をに１００ミクロン□のテーパー穴１４３を作成した。図１４に示すように、テーパー穴の中に３５０ｎｍ径のポりスチレン球１４２を配置し、さらにその上に、光デバイス１４１を配置する構成とした。ポリスチレン球は、Ｓｉの穴の中で自己組織的に最密充填に位置し、十分に規則的に配列した。図１４は光デバイス実装部の近傍の拡大断面を模式的に示した図である。
【０１２２】
基板上に、真空蒸着により電気回路を形成後、次いで、各種電子デバイス、光デバイスを実装し、光電融合配線基板とした。光デバイスとして１．５μｍ帯のＩｎＰ系の発光デバイス及びＩｎＧａＡｓの受光デバイスを用い、テーパー穴１４３の上に実装した。
【０１２３】
光デバイスからの光は、ポリスチレン球の集合体からなる光結合器を介して、２次元光導波路であるＳｉ基板に有効に結合することを確認した。
すなわち、光結合部に、ポリスチレン球を分散し、図１３（Ｃ）に示すような３Ｄフォトニック結晶を配することで、上部に配した光デバイスと光導波路の間で、有効な光結合が可能であった。
【０１２４】
電子デバイス及び光デバイスを動作させたところ、光デバイス間で光回路が形成されており、所望の動作を行うことを確認した。
本発明の光電融合基板は、比較的簡単な手法で有効な光結合が可能であるという特徴がある。光配線の設計自由度が非常に高いという特徴がある。また、樹脂材料の埋め込みという比較的簡易な手法で、所望のパターニングをおこなうことができた。
【０１２５】
実施例８
本実施例は、３次元周期構造を有した２次元光導波路を適用した光電融合基板の例である。
３次元周期構造の作成にはフェムト秒レーザー加工の技術を用いた。
【０１２６】
フェムト秒レーザーとして波長８００ｎｍのＴｉ：サファイアレーザーを用い、パルス幅１５０ｆｓのパルス光を石英ガラスに集光、照射すると、焦点付近の屈折率が変化する技術を用いた。これにより、直径３００ｎｍ程度の屈折率が変化したビットが石英ガラス内に３次元配列した２次元導波路を作成した。ビットの間隔は５００ｎｍ周期とし、配列はグラファイト格子配列である。ビット層の間隔は５００ｎｍ、層数は１２層である。
また、石英基板の厚さは０．１ｍｍとした。
【０１２７】
基板上に、真空蒸着により電気回路を形成後、さらに、ＹＡＧレーザーを用いたレーザー加工により、光デバイス実装用の凹みを石英ガラスに形成した。凹みのサイズは１５０μｍ、深さは５０μｍである。この凹みに、光デバイスとして、０．８５μｍ帯のＧａＡｌＡｓ系のレーザー及びＳｉの受光デバイスを埋め込むことで実装した。次いで、各種電子デバイスを実装し、光電融合配線基板とした。
【０１２８】
このような光導波路を２次元光導波路として適用したところ、その一部にビアやデバイスとなどを有しても、光が導波路全面に均一に行き渡った。これにより、ビアなどにより、直線的な光路に障害を有した場合でも、光回路の形成が可能となった。
【０１２９】
すなわち、２次元光導波路の内部にビアやデバイスなどを有しても、任意の位置で比較的均一な光量を受光でき、光配線を妨げない光電融合基板を実現できた。
これにより、光配線の自由度、さらには信頼性が向上した。
【０１３０】
実施例９
本実施例は、周期構造体の一部に欠陥１５３を配し、これを光デバイスと光導波路の光結合を高めた例である。
【０１３１】
構成は実施例１に準じるが、陽極酸化アルミナにおける光結合部においては、図１５に示すように、細孔径の異なる細孔を作成した。細孔径の制御は、開始点の深さを制御することで行った。すなわち、ＦＩＢ照射量が大きく、深い開始点からは、大きな細孔が、ＦＩＢ照射量が小さく、浅い開始点からは小さな細孔が形成される。このような微細構造の制御により、光結合を高めることができた。また、このような構成は、２次元導波路を用いた光回路の特徴の一つである３６０°にわたる多方位への光伝播をそこなわず、自由度の高い光回路を可能とした。なお、図中１５１は第１の誘電材料、１５２は第２の誘電材料である。
【０１３２】
実施例１０
本実施例においては、実施例２に記載の光電融合基板を接着、積層し、より高密度実装された光電融合基板を作成した。
【０１３３】
各層の陽極酸化アルミナは、所望の部位を、ポリカーボネートからなる樹脂で微細パターンをうめることで、２Ｄ導波路（光シート）の領域を構成した。この領域においては、光は２Ｄ方向に自由に伝播できる。一方でその周囲はフォトニックバンドギャップを有したフォトニック結晶となるため、伝播が禁止される。同様にして、ライン導波路も作成することができる。すなわち、層ごとに各種形状の２Ｄ導波路を配置した光電融合基板を実現した。これにより、光配線の設計自由度がさらに高くなった。
【０１３４】
本実施例における光電融合基板は、積層することでより高密度の実装が可能となり、さらには光配線の設計自由度が非常に高いという特徴がある。また、樹脂材料の埋め込みという比較的簡易な手法で、所望のパターニングをおこなうことができた。
【０１３５】
以上の実施例に示した様に、本発明は、特に陽極酸化アルミナ上に電子デバイス、光デバイスを配置することで、陽極酸化アルミナをデバイス間の絶縁材とともに光導波路として用いることで、電磁放射ノイズの少ない光電融合配線基板を容易かつ低コストで得ることができる。
陽極酸化アルミナはアルミをはじめとする金属基板上に配置することで放熱性が優れた光電融合配線基板を実現できる。
【０１３６】
陽極酸化アルミナからなる光導波路は光シートとして応用することができる。これにより、基板の任意位置にＥＭＩフリーでデバイスを配置、さらに電気配線でも光配線でも自由に選択できる。光配線が電気配線設計を制限しない。
陽極酸化アルミナからなる光導波路は、フォトニック結晶として構造設計することで任意の光回路を構成できる。
【０１３７】
バイスもしくは光デバイスの電気接続を可能とする電気配線として用いることができる。すなわち陽極酸化アルミナの細孔をコンタクトホールとして用いることができる。
陽極酸化アルミナ内に磁性体を充填することで電磁波吸収体として機能させることができ、ノイズに強い光電融合配線基板を実現できる。
【０１３８】
【発明の効果】
以上説明した様に、本発明によれば、ＥＭＩ（電磁放射干渉ノイズ）を回避することができる光電融合基板を提供できる効果が得られる。また、本発明は上記の光電融合配線基板を用いた電子機器を提供できる効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光電融合配線基板の一例を説明する模式断面図である。
【図２】本発明の光電融合配線基板の他の例を説明する模式断面図である。
【図３】本発明の光電融合配線への周期構造体の適用方法を示す断面図である。
【図４】陽極酸化アルミナの細孔内に導電性物質を充填することで配線として用いる方法を示す断面図である。
【図５】陽極酸化アルミナの細孔内に磁性体を充填することで電磁波吸収層として用いる方法を示す断面図である。
【図６】光シートを示す概略斜視図である。
【図７】２次元フォトニック結晶を示す図である。
【図８】細孔の一部に誘電体を充填し導波路を形成する例を示す説明図である。
【図９】陽極酸化アルミナを示す概略図である。
【図１０】規則的な細孔配列を有する陽極酸化アルミナの作成方法を示す図である。
【図１１】陽極酸化装置を示す概略図である。
【図１２】本発明の実施態様１に対応した光電融合配線基板の一例を説明する模式断面図である。
【図１３】フォトニック結晶の例を示す概略斜視図である。
【図１４】周期構造体の光結合部への適用例を示す図である
【図１５】欠陥を有した周期構造体の例を示す図である
【符号の説明】
２１  第１の誘電材料
２２  第２の誘電材料
２４  誘電体ロッド
２５  誘電体球
４０  恒温槽
４１  試料
４２  Ｐｔ板のカソード
４３  電解質
４４  反応容器
４５  電源
４６  電流計
５１  アルミ（膜）
５２  陽極酸化アルミナ
５３  細孔（ナノホール）
５４  バリア層
５５  細孔開始点
５６  下地層
５７  誘電体を充填した細孔
１０１  基板
１０２  陽極酸化アルミナ
１０３  電子デバイス
１０４  電気配線
１０５  光デバイス
１０６  光
１０９  周期構造体（フォトニック結晶）
１４１  光デバイス
１４２  ポリスチレン球
１４３  テーパー穴
１４４  Ｓｉ基板（導波路）
１５０  ビアホール
１５１  第１の誘電材料
１５２  第２の誘電材料
１５３  径の異なる欠陥
２０１  回路
２０２  電気配線を埋め込んだビアホール
２１０  金属配線を埋め込んだビアホール
３０１  発光素子
３０２  受光素子
３０３  光導波路
３０４  光結合部
３０５  クラッド層
４０１  上部電気配線
４０２  下部電気配線
５０１  磁性体
６０２  光シート
６０３  光Ｉ／Ｏ機能付ＩＣ
６０４  電気配線
６０５  光
【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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【図１４】
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【図１５】
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