(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コア部と該コア部を包囲するクラッド部とからなり、基板上にて該基板の面内方向に延在される光導波路と、
前記クラッド部も含めた基体の厚み方向に光を入射させるための発光素子と、
前記発光素子からの光の進行方向を曲げ前記光導波路へ入射させるための入射側ミラー部材と、
前記光導波路から出射した光の進行方向を前記クラッド部も含めた基体の厚み方向に曲げる出射側ミラー部材と、
前記出射側ミラー部材による反射光を受光するための受光素子とを備えた光信号伝送システムであって、
前記発光素子から前記入射側ミラー部材へ至る光路および／または前記出射側ミラー部材から前記受光素子へ至る光路の少なくとも一方の中途部に、前記クラッド部と屈折率の異なる材料からなる伝搬制御層が介在され、かつこの伝搬制御層と該クラッド部との界面が前記反射側ミラー部材および／または前記受光素子に向けて伝搬光を収束させ得る形状を備えることを特徴とする光信号伝送システム。
【請求項２】
前記クラッド部よりも屈折率の大きい材料からなる前記伝搬制御層が、前記発光素子から前記入射側ミラー部材に至る光路の中途部に介在され、該光路に重複する該伝搬制御層と該クラッド部との界面が該入射側ミラー部材に向かって凸面とされていることを特徴とする請求項１記載の光信号伝送システム。
【請求項３】
前記クラッド部よりも屈折率の大きい材料からなる前記伝搬制御層が、前記出射側ミラー部材から前記受光素子へ至る光路の中途部に介在され、該光路に重複する該伝搬制御層と該クラッド部との界面が該出射側ミラー部材に向かって凸面とされていることを特徴とする請求項１記載の光信号伝送システム。
【請求項４】
前記クラッド部よりも屈折率の小さい材料からなる前記伝搬制御層が、前記発光素子から前記入射側ミラー部材へ至る光路の中途部に介在され、該光路に重複する該伝搬制御層と該クラッド部との界面が該発光素子に向かって凸面とされていることを特徴とする請求項１記載の光信号伝送システム。
【請求項５】
前記クラッド部よりも屈折率の小さい材料からなる前記伝搬制御層が、前記出射側ミラー部材から前記受光素子へ至る光路の中途部に介在され、該光路に重複する該伝搬制御層と該クラッド部との界面が該受光素子に向かって凸面とされていることを特徴とする請求項１記載の光信号伝送システム。
【請求項６】
前記コア部、前記クラッド部、および前記伝搬制御層がいずれも高分子材料からなることを特徴とする請求項１記載の光信号伝送システム。
【請求項７】
基板上に、該基板の面内方向に延在される光導波路と、該光導波路の入射端側と出射端側にそれぞれ配され、基体の厚み方向と基板の面内方向との間で光路を曲げるための入射側ミラー部材と出射側ミラー部材とを形成する第１工程と、
前記光導波路のクラッド部の表層部を前記入射側ミラー部材および／または前記出射側ミラー部材の上方において選択的に除去することにより、凹面部を形成する第２工程と、
基体の全面に、前記クラッド部よりも屈折率の大きな材料からなる伝搬制御層を積層する第３工程と、
前記伝搬制御層の上に、前記入射側ミラーに向けて光を放射する発光素子と、前記出射側ミラーからの光を受光する受光素子とを配設する第４工程と
を有することを特徴とする光信号伝送システムの製造方法。
【請求項８】
前記第２工程では、前記入射側ミラー部材および／または前記出射側ミラー部材の上方に開口を有するエッチング・マスクを前記クラッド部の表面に形成し、この開口内に表出する該クラッド部の表層部を等方的にエッチングすることにより前記凹面部を形成することを特徴とする請求項７記載の光信号伝送システムの製造方法。
【請求項９】
前記第１工程では前記光導波路のクラッド部を感光性材料を用いて形成し、
前記第２工程ではフォトマスクを介した選択露光と現像処理を行うことにより前記凹面部を形成することを特徴とする請求項７記載の光信号伝送システムの製造方法。
【請求項１０】
前記光導波路および前記伝搬制御層をいずれも高分子材料を用いて形成することを特徴とする請求項７記載の光信号伝送システムの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光導波路を有する光信号伝送システムにおいて、面発光素子や面受光素子を用いる場合にも入出力光の結合効率を向上させ、安定な光信号伝送を可能とする構造、およびこれを簡便に製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＩＣ技術やＬＳＩ技術の進歩によりこれらの動作速度や集積規模が向上し、マイクロプロセッサにの高性能化やメモリ・チップの大容量化が急速に進展している。このような状況下では、信号配線の高速・高密度化や電気配線遅延が上記高性能化のネックとなっている。この問題を解消し得る技術として、光インターコネクション（光配線）が注目されている。
光配線は、機器装置間、機器装置内のボード間、ボード内のチップ間等、様々な階層に適用可能と考えられているが、たとえばチップ間のように比較的短距離の信号伝送には光導波路を伝送路とする光信号伝送システムが有効である。
【０００３】
ここで、光導波路を使用した光配線をたとえばＬＳＩ間を結ぶマルチチップモジュール（ＭＣＭ）用の伝送路に応用する場合、従来からよく用いられている端面発光型のレーザ・ダイオード（ＬＤ）や発光ダイオード（ＬＥＤ）を送信側の発光素子とする場合には、光導波路の入射端面の至近にこの発光素子を配することができる。しかし、省電力化や面アレイ化に有利な縦キャビティ型面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）等の面発光型のレーザ・ダイオードを発光素子として使用する場合には、上記のような配置をとることは構造上困難である。
さらに、受光素子としてフォトダイオードを用いる場合、これは面受光素子であるため、やはり光導波路の出射端面の至近に配することは困難である。
【０００４】
この解決策のひとつとして、図１２に示されるように、発光素子と受光素子とを光導波路の上方に配し、この光導波路も含めた基体の厚み方向と基板の面内方向との間でミラー部材を用いて光路を曲げる構成とした光信号伝送システムが知られている。
図１２において、基板３１上にはその面内方向に延在される光導波路が形成されている。この光導波路は、コア３３をこれより屈折率の低い材料からなるクラッド３２で包囲したものである。上記クラッド３２は、製法上は下部クラッド層３２L と上部クラッド層３２U に分けて形成される。コア３３の入射端側と出射端側には、基板面からたとえば４５°傾斜された光反射面を有する入射側ミラー３４と出射側ミラー３５が配され、これらの上方にそれぞれ発光素子３６と受光素子３７とが配されている。
【０００５】
上記発光素子３６は、発光面を下向きにしてクラッド３２の上面に実装されている。この発光素子３６から放出された光は、図中矢印で示されるように、まずクラッド３２内を基体の厚み方向（下降方向）に進み、続いて入射側ミラー３４で反射されてコア３３に入射され、該コア３３中を伝搬した後、出射側ミラー３５で反射されて進行方向を基体の厚み方向（上昇方向）に進み、受光素子３７に入射する。なお、図１２では上記コア３３中を光が直進するように描かれているが、これはあくまでも図示の便宜上のことであって、実際には所定の臨界角の範囲内で入射した光がコア３３とクラッド３２との界面で全反射を繰り返しながら伝搬することは言うまでもない。
【０００６】
かかる光信号伝送システムの光導波路を高分子材料を用いて形成する場合の製造プロセスは、概略下記のとおりである。
まず、図１０に示されるように、シリコンやガラス等の材料からなる基板３１上に、たとえばスピンコートおよび熱処理により下部クラッド層３２L 、および該下部クラッド層３２L よりも屈折率の高いコア層をこの順に積層し、次にこのコア層をパターニングしてコア３３を形成する。このパターニングは、たとえば図示されないメタル・マスクを介したドライエッチングにより行われる。
【０００７】
次に、図１１に示されるように、上記コアの入射端側と出射端側に入射側ミラー３４と出射側ミラー３５を配置する。この両ミラー３４，３５について、図１１では三角形の断面形状を有する適当な基材の傾斜面上に反射膜が被着されているように図示されているが、これも便宜的な表現であり、反射膜を形成することなく基材の傾斜面をそのまま反射面として用いても良い。また、この基材をコア３３と同一の材料層を用いて形成する場合には、前掲の図１０に示した段階において、コア３３の両端にこの基材となる部分を残しておくこともできる。
さらに、基体の全面にたとえばスピンコートおよび熱処理を経て上部クラッド層３２U を平坦に形成する。この上部クラッド層３２U は下部クラッド層３２L と同じ材料からなり、該下部クラッド層３２L と共働してコア３３を取り囲むクラッド３２を構成するものである。
この後、このクラッド３２の上面において、入射側ミラー３４と出射側ミラー３５と対面する位置にそれぞれ発光素子３６と受光素子３７とを実装すれば、前掲の図１２に示した光信号伝送システムを構成することができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、発光素子３６からの光はある程度の発散角を有して放射され、またコア３３の出射端からの光もある程度の発散角をもって出射される。このため、光信号伝送システムの構成要素間における光の結合効率を高めるためには、発光素子３６と入射側ミラー３４との間の距離、および出射側ミラー３５と受光素子３７との間の距離を、上記の発散角に合わせて最適化する必要がある。
【０００９】
しかし、仮にあるひとつの導波路に対してかかる最適化が行われたとしても、積層型の光信号伝送システムにおいては、各層の間で結合効率が異なるという問題が生ずる。この問題について、図１３を参照しながら説明する。
図１３は、３層の光導波路が基体の厚み方向に積層された光信号伝送システムの一例である。基板４１側の直上の層である第１層の構成要素はクラッド４２ａ、コア４３ａ、入射側ミラー４４ａ、出射側ミラー４５ａ；  その上の第２層の構成要素はクラッド４２ｂ、コア４３ｂ、入射側ミラー４４ｂ、出射側ミラー４５ｂ；  さらにその上の第３層の構成要素はクラッド４２ｃ、コア４３ｃ、入射側ミラー４４ｃ、出射側ミラー４５ｃとされている。また、クラッド４２ｃの上面には、これら各層に対応する発光素子４６ａ，４６ｂ，４６ｃと受光素子４７ａ，４７ｂ，４７ｃがそれぞれ配列されている。これら光信号伝送システムの各構成要素は、いずれも互いに他層の光結合を妨害しないような空間配置にしたがっている。
【００１０】
ここで、発光素子４６ａ，４６ｂ，４６ｃの性能がすべて同一であって等しい光の発散角を有し、また受光素子４７ａ，４７ｂ，４７ｃの性能がすべて同一であって等しい受光感度を有する場合、光路長の長い層ほど結合効率が低下してしまう。すなわち、第３層において発光素子４６ｃからの光が効率良くコア４３ｃを通じて受光素子４７ｃまで到達することができても、第２層では発散角の影響でコアに４３ｂに導入される光が減少するために、受光素子４７ｂへの光入射量が減少する。かかる結合効率の低下は、さらに光路長の長い第１層については一層深刻化してしまう。
そこで本発明は、光の結合効率を改善すると共に、光導波路が積層された場合にもその光路長依存性を解消し、安定した信号伝送を可能とする光信号伝送システムと、その簡便な製造方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の光信号伝送システムは、基板の面内方向に延在される光導波路内の入射端側と出射端側にそれぞれ設けられたミラー部材を用いて該光導波路の内部における光の進行方向と該光導波路の前後段における伝搬光の進行方向とを変換するようになされたものであって、発光素子から入射側ミラー部材へ至る光路、あるいは出射側ミラー部材から受光素子へ至る光路の少なくとも一方の中途部に、光導波路のクラッド部と屈折率の異なる材料からなる伝搬制御層を介在させ、かつこの伝搬制御層と該クラッド部との界面に入射側ミラー部材、あるい受光素子の少なくとも一方に向けて伝搬光を収束させ得る形状を与えることにより、結合効率を高めるようになされたものである。
【００１２】
上記光信号伝送システムの構造として、特に製造プロセスの観点から達成容易であると考えられるものは、伝搬制御層とクラッド部との間の界面が入射側ミラー部材、あるいは出射側ミラー部材の少なくとも一方に向かって凸面とされ、しかも伝搬制御層の屈折率がクラッド部の屈折率よりも大とされる構造である。なぜなら、かかる凸面は、クラッドの表層部を選択的に除去すれば形成できるからである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の光信号伝送システムは、発光素子から入射側ミラー部材へ至る光路、または出射側ミラー部材から前記受光素子へ至る光路、もしくはこれら両方の光路の中途部に介在される伝搬制御層の屈折率による効果と、該伝搬制御層と該クラッド部との界面形状の効果との組合せにより、該クラッド部を含めた基体の厚み方向における伝搬光の収束性を向上させるものである。伝搬制御層は上記の光路のいずれか一方の中途部に介在されていてもよく、片方だけでも結合効率はある程度向上する。しかし、両方の光路に介在されている場合の方がシステム全体の結合効率を高め得ることは自明である。また、基体上における最も一般的な薄膜の形成プロセスでは、特にパターニングを行わない限り該薄膜は基体の全面に積層されるので、伝搬制御層をクラッド部の表面の全面に積層すれば、この層は必然的に両方の光路上に介在されることになる。
【００１４】
上記伝搬制御層は、屈折率の異なるクラッド部と直接に接触して界面を形成し得る限りにおいて、光路のいかなる場所に介在されていても構わない。したがって、伝搬制御層が必ずしも基体の最表層部を構成する必要はない。
光路に重複する部分の上記界面の形状は、伝搬制御層とクラッド部との屈折率の大小関係によって異なる。すなわち、伝搬制御層の屈折率がクラッド部の屈折率よりも大きい場合には、上記界面を入射側ミラー、または出射側ミラー、あるいはこれらの両方に向かって凸面とする。逆に、伝搬制御層の屈折率がクラッド部の屈折率よりも小さい場合には、上記界面を発光素子、または受光素子、あるいはこれらの両方に向かって凸面とする。
【００１５】
ところで、光導波路を構成するクラッド部とコア部、さらに本発明において設けられる伝搬制御層に要求される条件としては、透明性が高く導波損失が少ないこと、屈折率や体積の経時変化が少ないこと、発光・受光素子のはんだ実装を考慮して耐熱性に優れること、が挙げられる。これらの条件を満たす材料として、無機材料では石英、有機材料ではエポキシ系やアクリル系等の紫外線硬化樹脂、ポリイミド等の高分子材料が知られている。特に高分子材料は、コストが低く、低温プロセスによる作製が可能で、しかも大面積化への対応も容易であるといったメリットを有する。
【００１６】
伝搬制御層とクラッド部との界面を入射側ミラーまたは出射側ミラーの少なくとも一方に向かって凸面とする場合には、クラッド部の表層部に何らかの方法で凹面部を形成すればよい。
かかる凹面部の形成方法としては、大別して等方的なエッチングによりクラッド部の表層部を除去する方法と、選択露光と現像を組み合わせる方法とが考えられる。
等方的なエッチングを行う場合には、クラッド部の表面において、入射側ミラー部材、または出射側ミラー部材の上方の少なくとも一方に開口を有するエッチング・マスクを形成し、この開口内に表出する該クラッド部の表層部を除去する。等方的なエッチングは適当なエッチング液を用いたウェットエッチング、あるいはラジカル反応を主体とするドライエッチングにより典型的に行うことができる。
【００１７】
一方、選択露光と現像により凹面部を形成するには、クラッド部がフォトレジストに代表される感光性材料により構成されていることが前提となる。しかも、露光による光化学反応の進行部位をクラッド部の表層部に限定させることを考慮すると、露光部において低分子化が進行するポジ型の感光材料を用いることが実用上特に好適である。
【００１８】
【実施例】
以下、本発明の具体的な実施例について説明する。
【００１９】
実施例１
ここでは、クラッド部よりも屈折率の高い伝搬制御層を有し、かつクラッド部と伝搬制御層との界面が入射側ミラーおよび出射側ミラーに向かって凸面とされた光信号伝送システムの一構成例について、図１を参照しながら説明する。
図１において、基板１上にはその面内方向に延在される光導波路が形成されている。この光導波路は、コア３をこれより屈折率の低い材料からなるクラッド２で包囲したものである。上記クラッド２は、製法上は下部クラッド層２L と上部クラッド層２U に分けて形成されたものである。コア３の入射端側と出射端側には、基板面からたとえば４５°傾斜された光反射面を有する入射側ミラー４と出射側ミラー５が配されている。
【００２０】
上記クラッド２の上には高屈折率伝搬制御層６が積層されている。クラッド２と高屈折率伝搬制御層６との界面には、それぞれ上記入射側ミラー４および出射側ミラー５に向かって凸面部が形成されている。これら凸面部は、クラッド２の表面を基準として考えれば凹面部、つまり入射側凹面部７と出射側凹面部８である。さらに、上記の高屈折率伝搬制御層６の表面において、上記入射側凹面部７に対応する部位には発光素子９、上記出射側凹面部８に対応する部位には受光素子１０がそれぞれ配されている。
【００２１】
上記発光素子９は、発光面を下向きにして高屈折率伝搬制御層６の上面に装着されている。この発光素子９から放出された光は、図中矢印で示されるように、一定の発散角をもって高屈折率伝搬制御層６の内部を伝搬するが、入射側凹面部７に達したところで屈折し、ほぼ平行に収束された伝搬光となってクラッド２中を伝搬する。伝搬光は入射側ミラー４で反射されてコア３に入射し、該コア３中を伝搬した後、出射側ミラー５で反射されて再びクラッド２中を基体の厚み方向（上昇方向）に伝搬する。この間にも伝搬光は若干発散するが、出射側凹面部８に達したところで屈折し、収束されながら高屈折率伝搬制御層６中を伝搬し、受光素子１０に入射する。
【００２２】
なお、図１では上記コア３中を光が直進するように描かれているが、これはあくまでも図示の便宜上のことであって、実際には所定の臨界角の範囲内で入射した光がコア３とクラッド２との界面で全反射を繰り返しながら伝搬することは言うまでもない。
このように、上記の光信号伝送システムによれば、光導波路の前段と後段でそれぞれ伝搬光が収束されるため、発光素子９と光導波路の結合効率、および光導波路と受光素子１０との結合効率が改善された。
【００２３】
実施例２
ここでは、高屈折率伝搬制御層とクラッド部との界面に凹面部を設けた構造を３段階に積層した積層型の光信号伝送システムの一構成例について、図２を参照しながら説明する。
図２は、３層の光導波路が基体の厚み方向に積層された光信号伝送システムの一例である。基板１１側の直上の層である第１層の構成要素はクラッド１２ａ、コア１３ａ、入射側ミラー１４ａ、出射側ミラー１５ａおよび高屈折率伝搬制御層１６ａ；  その上の第２層の構成要素はクラッド１２ｂ、コア１３ｂ、入射側ミラー１４ｂ、出射側ミラー１５ｂおよび高屈折率伝搬制御層１６ｂ；  さらにその上の第３層の構成要素はクラッド１２ｃ、コア１３ｃ、入射側ミラー１４ｃ、出射側ミラー１５ｃおよび高屈折率伝搬制御層１６ｃとされている。
【００２４】
各層において、クラッド１２ａ，１２ｂ，１２ｃと高屈折率伝搬制御層１６ａ，１６ｂ，１６ｃとの各界面には、入射側凹面部１７ａ，１７ｂ，１７ｃおよび出射側凹面部１８ａ，１８ｂ，１８ｃがそれぞれ形成されている。図２に示される例では、作製を容易とするために、各層における凹面部の形成パターンをすべて共通としてある。
また、最上層の高屈折率伝搬制御層１６ｃの上面には、これら各層に対応する発光素子１９ａ，１９ｂ，１９ｃと受光素子２０ａ，２０ｂ，２０ｃがそれぞれ配列されている。これら光信号伝送システムの各構成要素は、いずれも互いに他層の光結合を妨害しないような空間配置にしたがっている。
【００２５】
かかる構成において、発光素子１９ａからの光は３カ所の入射側凹面部１７ｃ，１７ｂ，１７ａと３層のクラッド１２ｃ，１２ｂ，１２ａを通過し、入射側ミラー１４ａで進路を曲げられて第１層の光導波路のコア１３ａを通過し、出射側ミラー１５ａにより反射され、３カ所の出射側凹面部１８ａ，１８ｂ，１８ｃと３層のクラッド１２ａ，１２ｂ，１２ｃを通過して受光素子２０ａに受光される。
同様に、発光素子１９ｂからの光は、第２層の光導波路の前段で２カ所の入射側凹面部１７ｃ，１７ｂを通過し、また後段で２カ所の出射側凹面部１８ｂ，１８ｃを通過する。
発光素子１９ｃからの光は、第３層の光導波路の前段で１カ所の入射側凹面部１７ｃを通過し、また後段で１カ所の出射側凹面部１８ｃを通過する。
つまり、基体の表面から深い層にある光導波路に導入される光ほど、光導波路の前段および後段において多数の凹面部を通過し、そのたびに伝搬光は収束されることになる。したがって、従来のような結合効率の光路長依存性が解消され、どの深さの層においても良好な結合効率が達成される。
【００２６】
なお、図２に示した例では、作製の容易さを念頭に置き、各層における凹面部の形成パターンをすべて共通としたために、層によっては上側の層のミラーに遮蔽されて光の収束に全く寄与していない凹面部も備えている。そこで、各層ごとに凹面部の形成パターンを変え、光の収束に寄与しない部位の凹面部を最初から形成しないようにしてもよい。
その一方で、基体の表面から深い部位にある光導波路を通過する伝搬光は、同じ形の凹面部を何カ所も通過することになる。これでももちろん構わないが、高屈折率伝搬制御層の屈折率や凹面部の曲率を各層ごとに最適化することにより、通過すべき凹面部の数を減らすことも可能である。
【００２７】
実施例３
ここでは、前掲の図１に示した光信号伝送システムの光導波路および高屈折率伝搬制御層６の構成材料として高分子材料を用い、凹面部をエッチングで形成する場合の製造プロセスについて、図３ないし図６を参照しながら説明する。
まず、図３に示されるように、シリコンやガラス等の材料からなる基板１上に、たとえばポリメチルメタクリレートのスピンコートおよび熱処理を経て下部クラッド層２L 、および該下部クラッド層２L よりも屈折率の高いコア層をこの順に積層し、次にこのコア層をパターニングしてコア３を形成した。このパターニングは、たとえば図示されないメタル・マスクを介したドライエッチングにより行われる。
【００２８】
次に、図４に示されるように、上記コアの入射端側と出射端側に入射側ミラー４と出射側ミラー５を形成した。この両ミラー４，５について、図４では三角形の断面形状を有する適当な基材の傾斜面上に反射膜が被着されているように図示されているが、これも便宜的な表現であり、反射膜を形成することなく基材の傾斜面をそのまま反射面として用いても良い。また、この基材をコア３と同一材料層を用いて形成する場合には、前掲の図３に示した段階において、コア３の両端にこの基材となる部分を残しておくこともできる。
さらに、基体の全面にたとえばスピンコートおよび熱処理を経て上部クラッド層２U を平坦に形成する。この上部クラッド層２U は下部クラッド層２L と同じ材料からなり、該下部クラッド層２L と共働してコア３を取り囲むクラッド２を構成するものである。
【００２９】
次に、図４に示されるように、上記クラッド２の上面にたとえばＡｌ，Ｔｉ等の金属材料からなるエッチング・マスク２１を形成した。このエッチング・マスク２１には、入射側ミラー４および出射側ミラー５の上方において開口２２が設けられている。
次に、たとえば酸素プラズマを用いた等方的なエッチングを行って上記開口２２の内部に表出するクラッド２の表層部を除去し、図５に示されるように、入射側凹面部７と出射側凹面部８とを形成した。
次に、図６に示されるように、エッチング・マスク２１を剥離した後、基体の全面にクラッド２を構成するポリメチルメタクリレートよりも屈折率の高い高分子材料をスピンコートし、熱処理を経てこれを硬化させることにより、高屈折率伝搬制御層６を平坦に形成した。
この後、高屈折率伝搬制御層６の表面において、入射側凹面部７の上方に発光素子９、出射側凹面部８の上方に受光素子１０を実装し、前掲の図１に示したような光信号伝送システムを作製した。
【００３０】
実施例４
ここでは、クラッド２の構成材料として感光性高分子材料を使用し、入射側凹面部７と出射側凹面部８とをフォトリソグラフィと現像処理で形成する方法について、図７および図８を参照しながら説明する。
まず、図７に示されるように、上部クラッド層２U の形成までを上述の実施例３と同様に行った。ただし、下部クラッド層２L と上部クラッド層２U はポジ型感光性ポリイミドを用いて形成した。
次に、フォトマスクＰＭを介して上部クラッド層２L の一部をたとえばｇ線を用いて選択的に露光した。このフォトマスクＰＭは、透明なマスク基板２３上にたとえばＣｒ膜からなる遮光層が所定のパターンをもって形成されたものであり、入射側ミラー４と出射側ミラー５の上方部分に露光光ｈνを照射するための開口２５が設けられている。このときの露光は、コンタクト露光でもプロキシミティ露光でもよい。ただし、クラッド２の厚み全体を感光させてはならないので、露光量は慎重に設定した。
【００３１】
次に、アルカリ現像液を用いて現像を行ったところ、光化学反応により低分子化した露光部が溶解され、図８に示されるように入射側凹面部７と出射側凹版部８とが形成された。この後の高屈折率伝搬制御層６の形成、発光素子９と受光素子の１０の実装は、実施例３と同様に行った。
【００３２】
実施例５
ここでは、クラッドよりも屈折率の低い伝搬制御層を設け、かつクラッドと伝搬制御層の界面が発光素子および受光素子に向かって凸面とされた光信号伝送システムについて、図９を参照しながら説明する。
図９において、基板１上にはその面内方向に延在される光導波路が形成されている。この光導波路は、コア３をこれより屈折率の低い材料からなるクラッド２６で包囲したものである。上記クラッド２６は、製法上は下部クラッド層２６L と上部クラッド層２６U に分けて形成されたものである。コア３の入射端側と出射端側には、実施例１と同様、入射側ミラー４と出射側ミラー５が配されている。
【００３３】
上記クラッド２６の上には低屈折率伝搬制御層２７が積層されており、さらにこの低屈折率伝搬制御層２７の表面には、入射側ミラー４の上方位置に発光素子９が発光面を下向きにして実装され、また出射側ミラー５の上方位置に受光素子１０が受光面を下向きにして実装されている。
クラッド２と高屈折率伝搬制御層６との界面は、それぞれ上記発光素子９および受光素子１０に向かって凸面とされている。すなわち、入射側凸面部２８と出射側凸面部２９が形成されている。
【００３４】
かかる構成において、上記発光素子９から放出された光は、図中矢印で示されるように、一定の発散角をもって低屈折率伝搬制御層２７の内部を伝搬するが、入射側凸面部２８に達したところで屈折し、ほぼ平行に収束された伝搬光となってクラッド２６を伝搬する。伝搬光は入射側ミラー４で反射されてコア３に入射し、該コア３中を伝搬した後、出射側ミラー５で反射されて再びクラッド２６中を基体の厚み方向（上昇方向）に伝搬する。この間にも伝搬光は若干発散するが、出射側凸面部２９に達したところで屈折し、収束されながら低屈折率伝搬制御層２７中を伝搬し、受光素子１０に入射する。
このように、上記の光信号伝送システムによれば、光導波路の前段と後段でそれぞれ伝搬光が収束されるため、発光素子９と光導波路の結合効率、および光導波路と受光素子１０との結合効率が改善された。
【００３５】
なお、上記の入射側凸面部２８および出射側凸面部２９の形成方法としては、たとえばクラッド２６と同じ構成材料を用いて凸レンズ状に形成した部材を平坦な上部クラッド層２６U の上面に貼り付ける方法、レーザ・アブレージョンでクラッド表面に対して直接的な形状加工を行う方法、低屈折率伝搬制御層２７に等方性エッチングやフォトリソグラフィにより凹面部を形成しておき、この凹面部にクラッド２６と同じ材料を埋め込む方法が可能である。
【００３６】
以上、本発明を５例の実施例にもとづいて説明したが、本発明はこれらの実施例に何ら限定されるものではなく、たとえば光導波路やミラー部材の加工方法、光導波路の積層数、凸面部や凹面部の配置等の細部については、適宜変更、選択、組合せが可能である。
【００３７】
【発明の効果】
以上の説明からも明らかなように、本発明によれば、光導波路の端面の至近に実装することが困難な面発光素子や面受光素子を用い、その結果として基体の厚み方向に光を伝搬させる必要がある光信号伝送システムにおいても、この厚み方向に介在される材料層の屈折率と界面形状の制御により伝搬光を収束させることができる。したがって、システム内の各構成要素間の入出力光の結合効率を向上させ、安定した光信号伝送が可能となる。これにより、結合効率の光路長依存性が解消されるので、積層型の光信号伝送システムの性能や信頼性も改善される。上記の界面形状は、等方性エッチングやフォトリソグラフィにより自己整合的に形成することができるので、上記光信号伝送システムの製造は容易である。
したがって、本発明は様々な電子機器における信号配線の高速・高密度化の間接的支援となるものであり、その産業上の価値は極めて大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光信号伝送システムの一構成例を示す模式的断面図である。
【図２】光導波路を複数層積層した本発明の光信号伝送システムの一構成例を示す模式的断面図である。
【図３】図１の光信号伝送システムの製造方法において、入射側ミラーと出射側ミラーを備えた光導波路が形成された状態を示す模式的断面図である。
【図４】図３のクラッドの上でエッチング・マスクをパターニングした状態を示す模式的断面図である。
【図５】図４のエッチング・マスクを介してクラッドの表層部をエッチングすることにより、入射側凹面部と出射側凹面部とを形成した状態を示す模式的断面図である。
【図６】図５のクラッドの上面に高屈折率伝搬制御層を積層した状態を示す模式的断面図である。
【図７】本発明の光信号伝送システムの製造方法の他の例において、ポジ型感光性高分子材料からなるクラッドにフォトマスクを介して選択露光を行っている状態を示す模式的断面図である。
【図８】図７のクラッド層を現像して入射側凹面部と出射側凹面部とを形成した状態を示す模式的断面図である。
【図９】クラッドの表面に凸面部を設け、かつその上に低屈折率伝搬制御層を積層した本発明の光信号伝送システムの他の構成例を示す模式的断面図である。
【図１０】従来の光信号伝送システムの製造方法において、下部クラッド層の上でコアをパターニングした状態を示す模式的断面図である。
【図１１】図１０のコアの入出力端に入射側ミラーと出射側ミラーを配し、上部クラッド層を積層して光導波路を完成した状態を示す模式的断面図である。
【図１２】図１１の光導波路に発光素子と受光素子とを組み合わせて構成された従来の光信号伝送システムの構成例を示す模式的断面図である。
【図１３】光導波路を複数層積層した従来の光信号伝送システムの一構成例を示す模式的断面図である。
【符号の説明】
１…基板  ２，１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，２６…クラッド  ２L ，２６L …下部クラッド層  ２U ，２６L …上部クラッド層  ３，１３ａ，１３ｂ，１３…コア４，１４ａ，１４ｂ，１４ｃ…入射側ミラー  ５，１５ａ，１５ｂ，１５ｃ…出射側ミラー  ６，１６ａ，１６ｂ，１６ｃ…高屈折率伝搬制御層  ７，１７ａ，１７ｂ，１７ｃ…入射側凹面部  １８，１８ａ，１８ｂ，１８ｃ…出射側凹面部  ９，１９ａ，１９ｂ，１９ｃ…発光素子  ２０，２０ａ，２０ｂ，２０ｃ…受光素子  ２１…エッチング・マスク  ２７…低屈折率伝搬制御層  ２８…入射側凸面部  ２９…出射側凸面部  ＰＭ…フォトマスク
【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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