JP2003057461A - 光電融合基板および電子機器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電磁波干渉ノイズを回避した光電融合基板を
提供する。 【解決手段】 陽極酸化アルミナ１０２が形成された基
板１０１上に、電子デバイス１０３、光デバイス１０
５、電気配線１０４を配置した光電融合配線基板。陽極
酸化アルミナ１０２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し、陽極酸化
アルミナは絶縁性を有するために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。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。

Description

【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、光デバイス及び光配線層を有し、
該光配線層がフォトニック結晶を含み構成されているこ
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。前記光配線層は、例えば２次元型の光導波路
である。前記光デバイスから入力された信号光は、前記
光配線層内の複数方向へ送信されるされる構成が可能で
ある。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
する構成が可能である。

【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。

【００１１】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、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、該基板と該電気配線との間は該光配線層で絶縁さ
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 ｐｌｕ
ｓ 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１
３（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＞ｎ
２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３６
０°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１
０３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、Ｓ
ＵＳ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（２００
０））。

【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１０
２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、１
０３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“ＮＡ
ＴＵＲＥ”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１００
ｎｍ、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１０ｎ
ｍ〜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（１
９９８）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１
０−１２１２９２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】

【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Ｆ
ｅ，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４
５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Ｉ
ｎＰ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３００
ｎｍ、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ＣＰ
Ｕ、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ＰＭ
ＭＡ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ＬＳＩ６０
３の出力電気信号（ＣＭＯＳロジック）は、電気配線６
０４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（ＣＰ
Ｕ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ＬＳＩ
６０３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ＩｎＧ
ａＡｓ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１
４２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１５０ｆ
ｓ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ＧａＡ
ｌＡｓ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、ＦＩ
Ｂ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、Ｅ
ＭＩ（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

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０５Ｋ 1/02 Ｇ０２Ｂ 6/12 Ｎ Ｂ

Claims (19)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電子デバイス、光デバイス及び光配線層
   を有する光電融合基板であって、該光配線層がフォトニ
   ック結晶を含み構成されていることを特徴とする光電融
   合基板。
2. 【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。
3. 【請求項３】 前記光配線層は２次元型の光導波路であ
   る請求項１記載の光電融合基板。
4. 【請求項４】 前記光デバイスから入力された信号光
   は、前記光配線層内の複数方向へ送信される請求項１記
   載の光電融合基板。
5. 【請求項５】 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。
6. 【請求項６】 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。
7. 【請求項７】 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。
8. 【請求項８】 電子デバイス、光デバイス及び光配線層
   を有する光電融合基板であって、該光配線層の少なくと
   も一部は陽極酸化アルミナにより構成されていることを
   特徴とする光電融合基板。
9. 【請求項９】 前記陽極酸化アルミナの少なくとも一部
   が光導波路である請求項８に記載の光電融合基板。
10. 【請求項１０】 前記陽極酸化アルミナは２次元型の光
    導波路である請求項８に記載の光電融合基板。
11. 【請求項１１】 前記陽極酸化アルミナが、前記光デバ
    イスと前記光配線層間の光結合に用いられている請求項
    ８に記載の光電融合基板。
12. 【請求項１２】 前記陽極酸化アルミナは、細孔が２次
    元的に三角格子状に規則配列した構造を有する請求項８
    に記載の光電融合基板。
13. 【請求項１３】 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が充填
    されている請求項８に記載の光電融合基板。
14. 【請求項１４】 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導電性材料が
    充填され、該導電性材料は前記電子デバイスもしくは前
    記光デバイスと電気的に接続されている請求項８に記載
    の光電融合基板。
15. 【請求項１５】 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磁性体が充填
    されている請求項８に記載の光電融合基板。
16. 【請求項１６】 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８に記載の光電融合基板。
17. 【請求項１７】 電子デバイス、光デバイス及び光配線
    層を有する光電融合基板であって、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光電融合基板。
18. 【請求項１８】 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、該基板と該電気配線との間
    は該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。
19. 【請求項１９】 請求項１乃至１８のいずれかに記載の
    光電融合基板を用いた電子機器。