JP2003043281A

JP2003043281A - 光導波回路及びその製造方法

Info

Publication number: JP2003043281A
Application number: JP2001226616A
Authority: JP
Inventors: Taiichi Kishimoto; 泰一岸本
Original assignee: Kyocera Chemical Corp
Current assignee: Kyocera Chemical Corp
Priority date: 2001-07-26
Filing date: 2001-07-26
Publication date: 2003-02-13

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】低コストで板厚が薄く、光半導体素子の誤動
作の虞れの無い光導波回路及びその製造方法を提供す
る。【解決手段】ｎ２／ｎ１＝２^−１／２の関係を満たす
屈折率ｎ１の第１のコア１６Ａと、屈折率ｎ２の第２の
コア１６Ｂとを、光の移動方向に対して４５°傾斜した
平面状の界面１６１で接合し、このコアを金属製の反射
層１８をクラッドとした導波路１６を形成する。これに
より光指向性回路を構成できる。導波路１６を絶縁基板
中に埋め込んで金属反射層１８を導電層の一部として電
気配線パターンを配設することで、導波路と電気配線パ
ターンが混在した絶縁基板を構成できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は導波路を備えた光導
波回路に係り、更に詳細には、導波路と導電用の配線パ
ターンの両方を備えた光導波回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＩＴ（情報技術）の急激な発達に伴い、
信号を減衰させることなく高速で大容量の信号を長距離
伝達できる光ファイバーケーブルを用いた光通信網の整
備が拡充されつつあり、光信号の形で伝送されてきた信
号を読み取り、電気信号に変換して処理する半導体装置
の開発が求められている。図１０（ａ）は代表的な光通
信対応型の半導体装置の垂直断面図であり、図１０
（ｂ）は代表的な光通信対応型半導体装置の導光路の構
造を模式的に示した垂直断面図である。このような光通
信対応型の半導体装置１００では、光通信網を伝って伝
達されてきた光信号を半導体素子に送るための光配線
と、受け取った光信号に基づいて演算処理する半導体素
子１０１と、半導体素子１０１から出力される電気信号
を取り出すための電気配線や、半導体素子を駆動するた
めの電力を供給する電源ラインなどの電気配線が必要と
なるため、半導体素子１０１を実装する基板には光配線
と電気配線の二つの配線層１０１と１０３とが必要とな
る。

【０００３】ところで光の通り道となる導波路１０４
は、一般的に「コア材」と呼ばれる光を通しやすい透過
性材料からなる線状の部材の外周面をコア材より屈折率
の低い「クラッド材」と呼ばれる材料で覆うことにより
コア材外周面で全反射させて信号の強度を維持しながら
伝達する構造になっている。このコア材１０４もクラッ
ド材１０５も無機物や樹脂など、絶縁性のものが多い。
そのため、光半導体素子１０２に対してコア材１０４や
クラッド材１０５からなる光配線層１０１のほかに金属
等の導電材料で電気配線層１０３を設ける必用がある。
例えば、図１０（ａ）の装置１００では、半導体素子１
０２の直ぐ下にクラッド材１０５とコア材１０４とから
なる光配線層１０１が配設されており、この光配線層１
０１の下側に絶縁基板１０６と金属箔からなる電気配線
パターン１０７が配設されており、電気配線パターン１
０７と光半導体素子１０２との間の導通は、電気配線層
１０３と光配線層１０１とをそれらの厚さ方向に貫挿さ
れたビアホール１０８により形成されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、図１０（ａ）
のような光配線層と電気配線層とを別々に形成して隣接
配置した構造では半導体装置１００の厚さが大きくな
る、ビアホール１０８の長さが長くなり電気抵抗が増大
する等の問題がある。更に図１０（ａ）のような光半導
体素子１０２の真下に光配線層１０１を配設すると、光
半導体素子１０２から発生する熱に耐え得る耐熱性のコ
ア材やクラッド材を用いる必用があり、ポリイミドな
ど、高価な材料を必用とするため製品コストが増大する
と言う問題や、加工が困難になるなどの工程上の問題が
ある。

【０００５】更に図１０（ｂ）のようなコア材の周りを
クラッド材１０５で覆った構造の導波路１０４では、コ
ア材の内部を通過する光の移動方向は何ら制約を受けな
いため、光半導体素子１０２から発せられた光信号が途
中で反射してコア材の中を逆行し、光半導体素子１０２
の発行部から光半導体素子１０２内に入射する場合があ
る。このような光の逆行は光半導体素子１０２の誤動作
を招き、光通信の信頼性を低下させるという問題があ
る。

【０００６】本発明は上記従来の問題を解決するために
創作された発明である。即ち本発明は、低コストで板厚
が薄く、光半導体素子の誤動作の虞れの無い光導波回路
及びその製造方法を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の光導波回路は、
屈折率ｎ１の第１の導波路と、前記第１の導波路の端部
で接合され、前記第１の導波路の長手方向に延設された
前記屈折率ｎ１より小さい屈折率ｎ２の第２の導波路
と、前記第１の導波路と前記第２の導波路との接合部に
形成され、前記第１の導波路及び前記第２の導波路の長
手方向に対してｃｏｓθ≧（ｎ２／ｎ１）かつ（０°＜
θ＜９０°）の条件を満たす角度θ傾斜した平面状の界
面とを具備する。

【０００８】上記光導波回路において、前記接合部の周
囲を除く前記第１の導波路と前記第２の導波路の外周面
の少なくとも一部を覆う反射層を更に具備していてもよ
い。

【０００９】上記光導波回路において、前記反射層の例
として、金属反射層又は前記ｎ１又はｎ２より小さい屈
折率のクラッド材を挙げることができる。

【００１０】本発明のもう一つの光導波回路は、絶縁基
板と、前記絶縁基板内に配設され、屈折率ｎ１の光透過
性材料で形成され、光移動方向に対して４５°の角度を
なす平面で切断された形状の先端面を有する第１の導波
路と、前記絶縁基板内に配設され、ｎ２／ｎ１＝２
^−１／２の関係を満たす屈折率ｎ２の光透過性材料で形
成され、光移動方向に対して４５°の角度をなす平面で
切断された形状の先端面で前記第１の導波路と接合され
た第２の導波路と、少なくとも前記第１の導波路と第２
の導波路との接合部の周囲を被覆する光反射層とを具備
する。

【００１１】上記光導波回路において、前記絶縁基板の
表面及び／又に内部には、単層又は互いに層間接続され
た複数層の導電用配線パターンが配設されていてもよ
い。

【００１２】上記光導波回路において、前記光反射層が
導電性材料からなり、前記導電用配線パターンの一部を
構成していてもよい。

【００１３】上記光導波回路において、前記光透過性材
料が、有機材料又は気体であってもよい。上記光導波回
路において、前記絶縁基板が、フレキシブル基板であっ
てもよい。

【００１４】本発明の他の光導波回路は、絶縁基板と、
前記絶縁基板内に配設され、屈折率ｎ１の光透過性材料
で形成され、光移動方向に対して４５°の角度をなす平
面で切断された形状の先端面を有する第１の導波路と、
前記絶縁基板内に配設され、ｎ２／ｎ１＝２^−１／２の
関係を満たす屈折率ｎ２の光透過性材料で形成され、光
移動方向に対して４５°の角度をなす平面で切断された
形状の先端面で前記第１の導波路と接合された第２の導
波路と、前記第１の導波路と第２の導波路との接合部か
ら前記第１の導波路と直交する方向に延設された第３の
導波路と、前記第１の導波路、第２の導波路、及び第３
の導波路の周囲の少なくとも一部を被覆する光反射層と
を具備する。

【００１５】本発明の光導波回路の製造方法は、ベース
フィルム上に第１金属層を形成する工程と、前記第１金
属層上にマスキング層を形成する工程と、前記マスキン
グ層をパターニングして導光路に相当する溝状の導波路
パターンを形成する工程と、前記導波路パターン底部に
第２金属層を形成する工程と、前記第２金属層上に屈折
率ｎ１の光透過性材料を充填して第１の導波路を形成す
る工程と、前記第１の導波路の一端に、光移動方向に対
して４５°傾斜した先端面を形成する工程と、前記第１
の導波路端部の、光移動方向に対して４５°傾斜した先
端面に、ｎ２／ｎ１＝２^−１／２の関係を満たす屈折率
ｎ２の光透過性材料を接合して第２の導波路を形成する
工程と、前記マスキング層を除去する工程と、前記第１
金属層、前記第２金属層の側面、前記第１の導波路の表
面、及び前記第２の導波路の表面を被覆する第３金属層
を形成する工程と、前記第３金属層上に絶縁材料層を形
成する工程と、前記ベースフィルムを除去する工程と、
前記第１の導波路及び第２の導波路の外周を覆う前記第
３金属層及び前記第２金属層を残して前記第１金属層
と、前記第２金属層及び前記第３金属層の一部を除去
し、絶縁材料層を露出させる工程と、前記導波路の外周
を覆う前記第３金属層及び前記第２金属層と前記露出し
た絶縁材料層の上に保護用の絶縁材料層を形成する工程
とを具備する。

【００１６】上記光導波回路の製造方法において、前記
屈折率ｎ１の光透過性材料の例として、感光性材料を挙
げることができ、前記第１の導波路の一端に光移動方向
に対して４５°傾斜した先端面を形成する工程の例とし
て、４５°の方向にマスキングする工程と、露光する工
程と、現像して余分の屈折率ｎ１の光透過性材料を除去
する工程からなる工程を挙げることができる。

【００１７】本発明では、ｎ２／ｎ１＝２^−１／２＝ｓ
ｉｎ４５°の関係を満たす屈折率ｎ１の第１の導波路
と，屈折率ｎ２の第２の導波路とを光移動方向に対して
４５°傾斜した接合面で接合しており、少なくともこの
接合部の周囲を反射層で覆っているので、第１の導波路
側から第２の導波路側に進もうとする光は接合面で全反
射して直角に折れて進み反射層で反射され、再び接合面
で全反射して第１の導波路内を接合面から遠ざかる方向
に進む。一方、第２の導波路側から第１の導波路側に向
かって進む光は接合面で全反射されることなく第１の導
波路内に進入してそのまま進行する。従って接合面が一
種の逆止弁の働きをするので、導波路内を進む光の方向
が一方向に整流される。

【００１８】

【発明の実施の形態】（第１の実施形態）以下、本発明
の第１の実施形態について説明する。図１は本実施形態
に係る光導波回路の製造方法のフローチャートであり、
図２及び図３は本実施形態に係る光導波回路の製造途中
の垂直断面図であり、図４は本実施形態に係る光導波回
路の構造を模式的に示した断面図である。

【００１９】本実施形態に係る光導波回路１を製造する
には、まず、図２（ａ）に示したようなベースフィルム
２を用意する（ステップ１）。このベースフィルム２と
しては例えばポリイミド、ＰＥＴ、ＰＥＮ、ポリエチレ
ンなどのフイルム化できる各種樹脂を用いることができ
る。但し、このベースフイルム２はクラッド材であって
も良く、特に次に述べる第１の金属層３を形成しない場
合にはクラッド材を用いることが好ましい。

【００２０】次いでこのベースフィルム２の上面に、メ
ッキやスパッタリングその他の既知の方法により第１金
属層としての金属層３を形成する（ステップ２）。次い
で第１金属層３の上にマスキング層４を形成する。この
マスキング層４としては、例えば感光性樹脂を用いるこ
とができる。その場合、所定の導波路パターンに応じて
マスキングを施し、その上から露光して導波路パターン
を感光性樹脂層に移し、現像して不必要な部分を取り除
くことにより図２（ｃ）に示したような導波路パターン
に対応した溝４ａを形成する（ステップ３）。

【００２１】次いでこの溝４ａ内に図２（ｄ）に示した
ように光透過性材料を充填して第１の導波路６を形成す
る（ステップ４）。ここで用いる光透過性材料として
は、例えば、エポキシ樹脂、アクリル、フッ素化アクリ
ル、ポリカーボネート、ポリブタジエン、４メチルペン
テン１ポリアリレート、フッ素化ポリイミド、ポリスチ
レン、ポリウレタン等の１．３〜１．５μｍ波長の光に
対して光透過性の高い各種樹脂を用いることができる。

【００２２】更にこの光透過性材料の屈折率をｎ１とす
ると、この透過性材料は、屈折率ｎ１がｎ１＝１．５〜
２．５の値の材料を用いるのが好ましい。更に、この光
透過性材料としてはフォトレジストなどの感光性樹脂を
用いるのが製造上有利であり好ましい。

【００２３】図２（ｄ）のようにマスキング層４の上面
と、第１の導波路６の上面とが同一平面を形成するよう
に光透過性材料を充填して第１の導波路６を形成した
ら、図２（ｅ）に示すように、これらマスキング層４，
４と第１の導波路６の上面にマスキング７を施す（ステ
ップ５）。このマスキング７は次の露光工程で照射する
光を遮るためのものであり、図２（ｅ）に示したよう
に、第１の導波路６の長手方向、即ち、第１の導波路６
中を通る光の移動方向に対してθの角度をなすように位
置決めして重ねる。

【００２４】マスキング７を形成したら、第１の導波路
６の真上の方向から光を照射して露光し（ステップ
６）、マスキング７で覆われていない部分の第１の導波
路６を不溶化する。次いでマスキング７を取り外し、溶
剤中に浸漬するなどして現像する（ステップ７）と、図
３（ａ）に示したように、第１の導波路６の被マスキン
グ部分が除去され、第１の導波路６の先端部に光移動方
向に対して角度θ（０°＜θ＜９０°）だけ傾斜した平
面が形成される。一方、マスキング７で覆われていた部
分の第１の導波路６は現像により除去され、図３（ａ）
に示したように、再び導波路パターンに対応した溝４ａ
が現れる。

【００２５】被マスキング部分に対応する位置に溝４ａ
が再び現れたら、この溝４ａ内に、前記光透過性材料と
は異なる別の光透過性材料を充填して図３（ｂ）に示し
たような第２の導波路６Ｂを形成する（ステップ８）。
ここで用いる別の光透過性材料としては、屈折率がｎ２
の材料を用いる。この屈折率ｎ２は、ｃｏｓθ≧（ｎ２
／ｎ１）の関係を満たす値である。

【００２６】具体的なこの別の光透過性材料としては、
例えば、エポキシ樹脂、アクリル、フッ素化アクリル、
ポリカーボネート、ポリブタジエン、４メチルペンテン
１ポリアリレート、フッ素化ポリイミド、ポリスチレ
ン、ポリウレタン等の１．３〜１．５μｍ波長の光に対
して光透過性の高い各種樹脂を用いることができる。

【００２７】この別の光透過性材料を前記溝４ａに充填
することにより、第１の導波路６Ａの先端面６１で接合
された第２の導波路６Ｂが得られる。即ち、これら第１
の導波路６Ａと第２の導波路６Ｂとは接合面６１を界面
として隣接して配設される。

【００２８】このようにして第１の導波路６Ａと第２の
導波路６Ｂとが界面６１を介して接合されてなる導波路
６が形成できたら、マスキング層４，４を除去して図３
（ｃ）のように導波路６の側面と上面、及び第１金属層
３の表面を露出させる（ステップ９）。

【００２９】次にこうして露出させた導波路６の側面と
上面、及び第１金属層３の表面の上から絶縁材料層とし
てのトップコート層９を形成する（ステップ１０）。こ
こでトップコート層９用の樹脂としてはクラッド材、例
えば、ポリアクリル、ポリフッ素化アクリルなどを挙げ
ることができる。

【００３０】以上の操作により、図３（ｄ）及び図４に
示したように、底面が金属層３で覆われ、側面及び上面
がクラッド材９で覆われ、屈折率ｎ１の第１の導波路６
Ａと屈折率ｎ２の第２の導波路６Ｂとが光移動方向に対
して角度θだけ傾斜した界面６１で接合された導波路６
が形成される。

【００３１】次にこの光導波回路１の作用について説明
する。図４に示したように、光導波回路１の導波路６に
対し、低屈折率ｎ２の第２の導波路６Ｂ側から光信号Ｐ
１を送る場合には、光信号Ｐ１は第２の導波路６Ｂ内を
直進し、界面６１を通過してそのまま第２の導波路６Ａ
内に進入する。このとき、界面６１通過時に屈折率の違
いから光の進行方向が第１の導波路６Ａの長手方向から
ずれる場合があるが、第１の導波路６Ａの周囲は金属層
８や金属層５で覆われているため、この金属層８や金属
層５の表面で反射し、第１の導波路６Ａ内を進行する。

【００３２】一方、高屈折率ｎ１の第１の導波路６Ａ側
から光信号Ｐ２を送る場合には、光信号Ｐ２は第１の導
波路６Ａ内を直進し、やがて界面６１に到達する。この
とき、界面６１は第１の導波回路６Ａの長手方向、即
ち、光信号Ｐ２の移動方向に対して角度θだけ傾斜して
いる。この角度θは、ｃｏｓθ≧（ｎ２／ｎ１）かつ
（０°＜θ＜９０°）の条件を満たす角度である。

【００３３】ここで、この角度θは臨界角αと異なる角
度であり、ｃｏｓθ≧（ｎ２／ｎ１）の条件を満たすこ
とから、光信号Ｐ２は図４に示すように界面６１で全反
射され、導波路６Ａの外に向けて進む。このとき、界面
６１の周囲には金属層などの反射層を設けないでおくこ
とにより、光信号Ｐ２の反射光は６Ａ外に逃れるため光
信号Ｐ２はもはや導波路６中を流れることはない。

【００３４】結局光信号Ｐ２は界面６１周辺で消失し、
信号は遮断される。従って、本実施形態に係る光導波回
路１では導波路６を進む光信号は界面６１を通過する際
に進行方向が一方向に揃えられ、電気でいうところのダ
イオードのような整流作用を発揮する。

【００３５】更に、本実施形態に係る光導波回路１で
は、導波路６の周囲が金属層５や金属層８で覆われてい
るため、導波路６の側面から外部に向かって進む光はこ
の金属層５や金属層８で反射されて導波路６内に戻り、
反対側の側面に差し掛かると同様に金属層５や８で反射
されて導波路６内に戻される。結局導波路６の中を反射
しながら進むので光信号は光ファイバーと同様に殆ど減
衰することなく導波路６内を進んで行く。

【００３６】（第２の実施形態）以下、本発明の第２の
実施形態について説明する。図５は本実施形態に係る光
導波回路の製造方法のフローチャートであり、図６及び
図７は本実施形態に係る光導波回路の製造途中の垂直断
面図であり、図８（ａ）は本実施形態に係る光導波回路
の分解斜視図であり、図８（ｂ）は本実施形態に係る導
波路の構造を模式的に示した垂直断面図である。本実施
形態に係る光導波回路１を製造するには、まず、図６
（ａ）に示したようなベースフィルム１２を用意する
（ステップ１）。このベースフィルム１２としては例え
ばポリイミド、ＰＥＴ、ＰＥＮ、ポリエチレンなどのフ
イルム化できる各種樹脂を用いることができる。

【００３７】次にこのベースフィルム１２の片面上にメ
ッキやスパッタリングその他の既知の方法により第１金
属層としての金属層１３を形成する（ステップ２）。次
いで第１金属層１３の上にマスキング層４を形成する。
このマスキング層１４としては、例えば感光性樹脂を用
いることができる。その場合、所定の導波路パターンに
応じてマスキングを施し、その上から露光して導波路パ
ターンを感光性樹脂層に移し、現像して不必要な部分を
取り除くことにより図６（ｃ）に示したような導波路パ
ターンに対応した溝４ａを形成する（ステップ３）。

【００３８】次にこの導波路パターンに対応して形成さ
れた溝１４ａの底部にメッキやスパッタリングその他の
既知の方法により図６（ｄ）に示したように、第２金属
層としての金属層１５を形成する（ステップ４）。次い
でこの溝１４ａの底部に形成した第２金属層１５の上に
図６（ｅ）に示したように光透過性材料１６ａを充填し
て第１の導波路１６を形成する（ステップ５）。ここで
用いる光透過性材料１６ａとしては、例えば、エポキシ
樹脂、アクリル、フッ素化アクリル、ポリカーボネー
ト、ポリブタジエン、４メチルペンテン１ポリアリレー
ト、フッ素化ポリイミド、ポリスチレン、ポリウレタン
等の１．３〜１．５μｍ波長の光に対して光透過性の高
い各種樹脂を用いることができる。更にこの光透過性材
料１６ａの屈折率をｎ１とすると、この透過性材料６ａ
は、屈折率ｎ１がｎ１＝１．５〜２．５の値の材料を用
いるのが好ましい。更に、この光透過性材料１６ａとし
てはフォトレジストなどの感光性樹脂を用いるのが製造
上有利であり好ましい。

【００３９】図６（ｄ）のようにマスキング層１４の上
面と、第１の導波路１６の上面とが同一平面を形成する
ように光透過性材料１６ａを充填して第１の導波路１６
を形成したら、図２（ｆ）に示すように、これらマスキ
ング層１４，１４と第１の導波路１６の上面にマスキン
グ１７を施す（ステップ６）。このマスキング１７は次
の露光工程で照射する光を遮るためのものであり、図６
（ｆ）に示したように、第１の導波路１６の長手方向、
即ち、第１の導波路１６中を通る光の移動方向に対して
４５°の角度をなすように位置決めして重ねる。

【００４０】マスキング１７を形成したら、第１の導波
路１６の真上の方向から光を照射して露光し（ステップ
７）、マスキング１７で覆われていない部分の第１の導
波路１６を不溶化する。次いでマスキング１７を取り外
し、溶剤中に浸漬するなどして現像する（ステップ８）
と、図７（ａ）に示したように、第１の導波路１６の被
マスキング部分が除去され、第１の導波路１６の先端部
に光移動方向に対して４５°に傾斜した平面が形成され
る。一方、マスキング１７で覆われていた部分の第１の
導波路１６は現像により除去され、図７（ａ）に示した
ように、再び導波路パターンに対応した溝１４ａが現れ
る。

【００４１】被マスキング部分に対応する位置に溝１４
ａが再び現れたら、この溝１４ａ内に、前記光透過性材
料１６ａとは異なる別の光透過性材料１６ｂを充填して
図７（ｂ）に示したような第２の導波路１６Ｂを形成す
る（ステップ９）。ここで用いる別の光透過性材料１６
ｂとしては、屈折率がｎ２の材料を用いる。この屈折率
ｎ２は、ｎ２／ｎ１＝２^−１／２の関係を満たす値であ
る。

【００４２】具体的なこの別の光透過性材料としては、
例えば、エポキシ樹脂、アクリル、フッ素化アクリル、
ポリカーボネート、ポリブタジエン、４メチルペンテン
１ポリアリレート、フッ素化ポリイミド、ポリスチレ
ン、ポリウレタン等の１．３〜１．５μｍ波長の光に対
して光透過性の高い各種樹脂を用いることができる。

【００４３】この別の光透過性材料１６ｂを前記溝１４
ａに充填することにより、第１の導波路１６Ａの先端面
１６１で接合された第２の導波路１６Ｂが得られる。即
ち、これら第１の導波路１６Ａと第２の導波路１６Ｂと
は接合面１６１を界面として隣接して配設される。

【００４４】このようにして第１の導波路１６Ａと第２
の導波路１６Ｂとが界面１６１を介して接合されてなる
導波路１６が形成できたら、マスキング層１４，１４を
除去して図７（ｃ）のように導波路１６の側面、第２金
属層１５の側面、及び第１金属層１３の表面を露出させ
る（ステップ１０）。次にこうして露出させた導波路１
６の側面、第２金属層１５の側面、及び第１金属層１３
の表面の上からメッキやスパッタリングその他の既知の
方法により図７（ｄ）に示したように、第３金属層１８
を形成する（ステップ１１）。次いで図７（ｆ）に示し
たように、第３金属層１８の上から絶縁材料層としての
トップコート層１９を形成する（ステップ１２）。ここ
でトップコート層１９用の樹脂としては、例えば、ポリ
エステル、ポリウレタン、ポリ塩化ビニル、ポリ酢酸ビ
ニル、エポキシ、ポリアクリル、ポリイミド、ポリブタ
ジエン、フェノキシ、ポリビニルアルコール、スチレン
・イソプレン・スチレン、スチレン・ブタジエン共重合
体、アクリロニトリル・スチレン共重合体などを挙げる
ことができる。

【００４５】トップコート層１９の形成が完了したら、
次いで図７（ｇ）に示したように、ベースフィルム１２
を除去する（ステップ１３）。次いでベースフィルム１
２を除去して露出した第１金属層１３、第２金属層１５
の一部、及び第３金属層１８の一部をエッチング、機械
研磨などの既知の方法により削り取り（ステップ１
４）、図７（ｆ）に示したように、導波路１６の周囲を
覆う第２金属層１５と第３金属層１８のみを残し、更に
その上から保護用の絶縁材料層としての保護コート層２
０を形成する（ステップ１５）。ここでこの保護コート
層２０用の樹脂としては、例えば、ポリエステル、ポリ
ウレタン、ポリ塩化ビニル、ポリ酢酸ビニル、エポキ
シ、ポリアクリル、ポリイミド、ポリブタジエン、フェ
ノキシ、ポリビニルアルコール、スチレン・イソプレン
・スチレン、スチレン・ブタジエン共重合体、アクリロ
ニトリル・スチレン共重合体などを挙げることができ
る。

【００４６】以上の操作により、図８（ａ）に示したよ
うに周囲が反射用の第２金属層１５及び第３金属層１８
で覆われ、屈折率ｎ１の第１の導波路１６Ａと屈折率ｎ
２の第２の導波路１６Ｂとが光移動方向に対して４５°
傾斜した界面１６１で接合された導波路１６が形成され
る。そしてこの導波路１６を絶縁性樹脂であるトップコ
ート層１９及び保護コート層２０内に配設した光導波回
路１１が形成される。

【００４７】次にこの光導波回路１１の作用について説
明する。図８（ｂ）に示したように、光導波回路１１の
導波路１６に対し、低屈折率ｎ２の第２の導波路１６Ｂ
側から光信号Ｐ１を送る場合には、光信号Ｐ１は第２の
導波路１６Ｂ内を直進し、界面１６１を通過してそのま
ま第２の導波路１６Ａ内に進入する。このとき、界面１
６１通過時に屈折率の違いから光の進行方向が第１の導
波路１６Ａの長手方向からずれる場合があるが、第１の
導波路１６Ａの周囲は金属層８や金属層１５で覆われて
いるため、この金属層１８や金属層１５の表面で反射
し、第１の導波路１６Ａ内を進行する。

【００４８】一方、高屈折率ｎ１の第１の導波路１６Ａ
側から光信号Ｐ２を送る場合には、光信号Ｐ２は第１の
導波路１６Ａ内を直進し、やがて界面１６１に到達す
る。このとき、界面１６１は第１の導波回路１６Ａの長
手方向、即ち、光信号Ｐ２の移動方向に対して４５°傾
斜している。更に、第１の導波路１６Ａの屈折率ｎ１と
第２の導波路１６Ｂの屈折率ｎ２との間には、ｎ２／ｎ
１＝２^−１／２の関係が成り立つ。この右辺の値はｓｉ
ｎ４５°であるため、界面１６１での臨界角は４５°と
なる。そのため、図８（ｂ）中界面１６１に対して入射
角４５°で入射する光信号Ｐ２は界面１６１で全反射さ
れ、図８（ｂ）に示した経路を通って金属層１８に向か
う。金属層１８に対して光信号はほぼ入射角０°で入射
するため、殆ど１００％反射され、入射された光信号と
平行で逆向きに進行し、界面１６１に到達する。界面１
６１では再び入射角４５°で入射するため、再び界面１
６１で全反射され、図８（ｂ）に示したように最初の光
信号Ｐ２と平行かつ逆向きの光信号となって界面１６１
から遠ざかる方向に進行する。結局光信号Ｐ２は発信さ
れた経路を辿って逆向きの光信号に変換される。

【００４９】従って、本実施形態に係る光導波回路１１
では導波路１６を進む光信号は界面１６１を通過する際
に進行方向が一方向に揃えられ、電気でいうところのダ
イオードのような整流作用を発揮する。

【００５０】更に、本実施形態に係る光導波回路１１で
は、導波路１６の周囲が金属層１５や金属層１８で覆わ
れているため、導波路１６の側面から外部に向かって進
む光はこの金属層１５や金属層１８で反射されて導波路
１６内に戻り、反対側の側面に差し掛かると同様に金属
層１５や１８で反射されて導波路１６内に戻される。

【００５１】結局導波路１６の中を反射しながら進むの
で光信号は光ファイバーと同様に殆ど減衰することなく
導波路１６内を進んで行く。

【００５２】また、説明したように、本実施形態に係る
光導波回路１１では、導波路１６の周りが反射用の金属
層１５，１８で覆われているため、絶縁材料からなるト
ップコート層１９，及び保護コート層２０の中にそのま
ま配設することができ、光導波回路１１全体の厚さを小
さくすることができる。また、反射用金属層１５や１８
を電気信号用の配線パターンの一部として使用すること
もできるので、集積度を更に向上させることができる。

【００５３】（第３の実施形態）以下、本発明の第３の
実施形態について説明する。図９は本実施形態に係る光
導波回路３０の導波路１６の構造を模式的に示した断面
図である。図９に示したように、本実施形態に係る光導
波回路３０では、図８（ｂ）に示した上記第２の実施形
態に係る光導波回路１１の導波路１６において、第１の
導波路１６Ａを界面１６１から導波路１６の長手方向に
対して直交方向に第１の導波路１６Ａを延設した構造と
なっている。このような構造を採用した結果、本実施形
態に係る光導波回路３０では、図９に示したように、二
つの光信号Ｐ１，Ｐ３が一つの導波路１６を流れるよう
に合成することができる。

【００５４】（実施例）以下、本発明の実施例について
説明する。本実施例では、上記第２の実施形態のプロセ
スに沿って光導波回路を形成した。その際、ベースフィ
ルムとしてポリイミドを用いた。樹脂中にシリカ・アル
ミナなどの無機フィラーが含有されていても用いること
が出来る。あるいは銅・アルミ・金など金属箔を用いる
ことも可能である。

【００５５】第１金属層は圧延銅箔（１０μｍ厚）を用
いたが、これ以外でも銀や金などの高反射率で高導電性
の金属や、鉄、クロム、ニッケル、アルミ、スズ、鉛或
いはそれらの合金であっても良い。成膜方法は蒸着法や
スパッタリング法などの真空技術の他に無電解メッキ法
などを用いることも可能である。マスキング層に用いた
レジストは通常プリント配線基板の製造工程で用いられ
るような紫外線感光型レジストを使用した。導波路を形
成する樹脂としては透明エポキシ樹脂を用いた。

【００５６】第１の導波路６Ａを形成する光透過性材料
６ａとしては、フッ素化アクリル樹脂（屈折率１．３）
を用いたが、以外にも感光性かつ高光透過性樹脂である
ならば用いることが出来る。例えば、シリコーン、エポ
キシアクリレート、エステルアクリレート、ウレタンア
クリレートなどがあげられる。

【００５７】液状樹脂をスピンコート法により塗布し、
しかる後に表面に付着した樹脂をドクターブレードで除
去してレジストで形成された溝の内部のみに充填し、そ
の後に熱を作用させて硬化させ、導波路を形成した。第
２金属層は第１金属層と同様に銅層を無電解メッキ法で
形成した。なお、これ以外の方法として、銀や金などの
高反射率かつ高導電性の金属や、鉄、クロム、ニッケ
ル、アルミ、スズ、鉛、或いはそれらの合金を用いても
よい。

【００５８】成膜方法としては無電解メッキ法を用いた
が、これ以外にも蒸着法やスパッタリング法などの真空
成膜技術を用いることも可能である。トップコート層は
必須ではないが、必要に応じて設けることができる。本
実施例では、ポリイミドフィルムをエポキシ接着剤を用
いてラミネート化させた。

【００５９】第２の導波路１６Ｂを形成する透過性材料
１６ｂとしては、塩化ビニリデン樹脂（屈折率１．６）
を用いたが、以外にもアクリル・フッ素化アクリル・ポ
リカーボネート・ポリブタジエン・４メチルペンテン１
・ポリアリレート・フッ素化ポリイミド・ポリスチレン
・ポリウレタンなど１．３〜１．５μｍ波長の光に対し
て光透過性の高い樹脂であるならば用いることが出来
る。

【００６０】このようにして得られた本実施例の構造を
有する光導波回路では、同一平面状の各光配線パターン
は、共通の第１金属層上に配設され、電位的に等しい水
準になる。この場合、第１金属層を電気回路における接
地層或いは電源層として用いることができる。上記のよ
うにして得られたコア材の寸法は断面が２０μｍ×２０
μｍの正方形であり、長さが１０ｃｍであった。

【００６１】この実施例において、高屈折率側から光を
導入して低屈折率側出口からの光量変化を調べたとこ
ろ、―０．２ｄＢであった。また、逆に低屈折率側から
光を導入して高屈折率側を出口として光量変化を調べた
ところ、―２０ｄＢという好結果が得られた。

【００６２】

【発明の効果】本発明によれば、今後のブロードバンド
のような大容量通信で光回路を構成する場合、電気的な
ダイオードに相当する光指向性回路を形成することが出
来、精度の高い信号伝達を行うことが出来る。また、本
発明によれば、導波路の周りに金属製の反射層が配設さ
れているので、電気配線層の絶縁層中に導波路を配設す
ることができ、そのため光導波回路全体の厚さを小さく
することができる。更に金属製の反射層と電気配線パタ
ーンとを接続して反射層を電気配線パターンの一部とし
て使用することにより、更に集積度を上げることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施形態に係る光導波回路の製造方法の
フローチャートである。

【図２】第１の実施形態に係る光導波回路の製造途中の
垂直断面図である。

【図３】第１の実施形態に係る光導波回路の製造途中の
垂直断面図である。

【図４】第１の実施形態に係る光導波回路の分解斜視図
及び垂直断面図である。

【図５】第１の実施形態に係る光導波回路の製造方法の
フローチャートである。

【図６】第２の実施形態に係る光導波回路の製造途中の
垂直断面図である。

【図７】第２の実施形態に係る光導波回路の製造途中の
垂直断面図である。

【図８】第２の実施形態に係る光導波回路の製造途中の
垂直断面図である。

【図９】第３の実施形態に係る光導波回路の断面図であ
る。

【図１０】従来の光導波回路の断面図である。

【符号の説明】

１…光導波回路、２…ベースフィルム、３…第１金属
層、４…マスキング層、５…第２金属層、６…導波路、
８…反射層（第３金属層）、９…絶縁基板、１０…保護
コート層（絶縁基板）。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】屈折率ｎ１の第１の導波路と、前記第１
の導波路の端部で接合され、前記第１の導波路の長手方
向に延設された前記屈折率ｎ１より小さい屈折率ｎ２の
第２の導波路と、前記第１の導波路と前記第２の導波路との接合部に形成
され、前記第１の導波路及び前記第２の導波路の長手方
向に対してｃｏｓθ≧（ｎ２／ｎ１）かつ（０°＜θ＜
９０°）の条件を満たす角度θ傾斜した平面状の界面と
を具備する光導波回路。
【請求項２】請求項１に記載の光導波回路であって、
前記接合部の周囲を除く前記第１の導波路と前記第２の
導波路の外周面の少なくとも一部を覆う反射層を更に具
備することを特徴とする光導波回路。
【請求項３】請求項２に記載の光導波回路であって、
前記反射層が、金属反射層又は前記ｎ１又はｎ２より小
さい屈折率のクラッド材であることを特徴とする光導波
回路。
【請求項４】絶縁基板と、前記絶縁基板内に配設され、屈折率ｎ１の光透過性材料
で形成され、光移動方向に対して４５°の角度をなす平
面で切断された形状の先端面を有する第１の導波路と、前記絶縁基板内に配設され、ｎ２／ｎ１＝２^−１／２の
関係を満たす屈折率ｎ２の光透過性材料で形成され、光
移動方向に対して４５°の角度をなす平面で切断された
形状の先端面で前記第１の導波路と接合された第２の導
波路と、少なくとも前記第１の導波路と第２の導波路との接合部
の周囲を被覆する光反射層とを具備する光導波回路。
【請求項５】請求項４に記載の光導波回路であって、
前記絶縁基板の表面及び／又に内部には、単層又は互い
に層間接続された複数層の導電用配線パターンが配設さ
れていることを特徴とする光導波回路。
【請求項６】請求項５に記載の光導波回路であって、
前記光反射層が導電性材料からなり、前記導電用配線パ
ターンの一部を構成することを特徴とする光導波回路。
【請求項７】請求項４〜６のいずれか１項記載の光導
波回路であって、前記光透過性材料が、有機材料又は気
体であることを特徴とする光導波回路。
【請求項８】請求項４〜７のいずれか１項記載の光導
波回路であって、前記絶縁基板が、フレキシブル基板で
あることを特徴とする光導波回路。
【請求項９】絶縁基板と、前記絶縁基板内に配設され、屈折率ｎ１の光透過性材料
で形成され、光移動方向に対して４５°の角度をなす平
面で切断された形状の先端面を有する第１の導波路と、前記絶縁基板内に配設され、ｎ２／ｎ１＝２^−１／２の
関係を満たす屈折率ｎ２の光透過性材料で形成され、光
移動方向に対して４５°の角度をなす平面で切断された
形状の先端面で前記第１の導波路と接合された第２の導
波路と、前記第１の導波路と第２の導波路との接合部から前記第
１の導波路と直交する方向に延設された第３の導波路
と、前記第１の導波路、第２の導波路、及び第３の導波路の
周囲の少なくとも一部を被覆する光反射層とを具備する
光導波回路。
【請求項１０】ベースフィルム上に第１金属層を形成
する工程と、前記第１金属層上にマスキング層を形成する工程と、前記マスキング層をパターニングして導光路に相当する
溝状の導波路パターンを形成する工程と、前記導波路パターン底部に第２金属層を形成する工程
と、前記第２金属層上に屈折率ｎ１の光透過性材料を充填し
て第１の導波路を形成する工程と、前記第１の導波路の一端に、光移動方向に対して４５°
傾斜した先端面を形成する工程と、前記第１の導波路端部の、光移動方向に対して４５°傾
斜した先端面に、ｎ２／ｎ１＝２^−１／２の関係を満た
す屈折率ｎ２の光透過性材料を接合して第２の導波路を
形成する工程と、前記マスキング層を除去する工程と、前記第１金属層、前記第２金属層の側面、前記第１の導
波路の表面、及び前記第２の導波路の表面を被覆する第
３金属層を形成する工程と、前記第３金属層上に絶縁材料層を形成する工程と、前記ベースフィルムを除去する工程と、前記第１の導波路及び第２の導波路の外周を覆う前記第
３金属層及び前記第２金属層を残して前記第１金属層
と、前記第２金属層及び前記第３金属層の一部を除去
し、絶縁材料層を露出させる工程と、前記導波路の外周を覆う前記第３金属層及び前記第２金
属層と前記露出した絶縁材料層の上に保護用の絶縁材料
層を形成する工程とを具備する光導波回路の製造方法。
【請求項１１】請求項１０記載の光導波回路の製造方
法であって、前記屈折率ｎ１の光透過性材料が、感光性
材料であり、前記第１の導波路の一端に光移動方向に対して４５°傾
斜した先端面を形成する工程が、４５°の方向にマスキ
ングする工程と、露光する工程と、現像して余分の屈折
率ｎ１の光透過性材料を除去する工程とからなる工程で
あることを特徴とする光導波回路の製造方法。