JP2004279620A - 光集積回路 - Google Patents

Abstract

【課題】光送信及び光受信の双方を同時に出来き、しかも光回路の小型化に最適な光集積回路を提供する。
【解決手段】本光集積回路１０は、第１のフォトダイオードアレイ１４と第１の面発光半導体レーザアレイ１６とを有し、基板１２の一方の領域上に配置された第１の２次元アレイ１７と、第２のフォトダイオードアレイ１８と第２の面発光半導体レーザアレイ２０とを有し、基板１２の他方の領域上に配置された第２の２次元アレイ２１と、第１の２次元アレイ１７と第２の２次元アレイ２１とを光接続する３次元フレキシブル光配線２２とを備えている。３次元フレキシブル光配線２２は、第１の面発光半導体レーザアレイ１６と第２のフォトダイオードアレイ１８とを接続し、かつ第２の面発光半導体レーザアレイ２０と第１のフォトダイオードアレイ１４とを接続する。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、面発光半導体レーザ素子及びフォトダイオード等の光素子を基板上に集積した光集積回路に関し、更に詳細には、双方向同時通信が可能な構成を有し、作製容易で小型化が可能な、光インタコネクション分野に最適な光集積回路に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
現在のインタコネクションでは、システムを構成する素子同士、素子と部品、或いは部品同士、例えばトランジスタとトランジスタとを接続する配線には、主として電気配線が使用されている。一方、次世代光インタコネクションでは、大容量かつ高速通信が必要とされているので、電気配線では高周波応答に限界があって、システムの高速化に制約がある。そこで、次世代光インタコネクションでは、電気配線に代わり光配線が注目されている。
【０００３】
ところで、光信号を送受信する光回路には、送信装置の光源として設けられ、レーザ光を信号光として出射する半導体レーザ素子、レーザ光を信号光として受光するフォトダイオード、半導体レーザ素子とフォトダイオードとを光接続する光導波路が必要である。
そして、光回路を微細化し、集積化するには、半導体レーザ素子、フォトダイオード等の光素子、及び光素子を接続する光導波路を集積した光集積回路が必要である。
光集積回路を実現するためには、半導体レーザ素子、フォトダイオード等の光素子の間の光接続を行う光導波路の開発が重要な解決すべき課題である。
【０００４】
そこで、特開平０５−８８０２８号公報（以下、第１の従来例と言う）は、光ファイバにより半導体レーザ素子とフォトダイオードとを接続する方法を提案している。また、特開平１１−３８２７０号公報（以下、第２の従来例と言う）は、基板に対して垂直に発光する面発光半導体レーザ素子と光導波路とを光結合する方法として、光導波路端面に４５度ミラーを設け、４５度ミラーを介して、半導体レーザ素子等の光機能素子と光ファイバとを光接続する方法を提案している。
【０００５】
また、特開２００１−１８８１４６号公報（以下、第３の従来例と言う）は、フレキシブル光配線と面発光半導体レーザ素子とを物理的に直接接着することで光結合する方法を開示している。前掲公報によれば、図７に示すように、面型光素子アレイ１０９と、複数本の光導波路２０１から構成される光導波路アレイ２０３とを、フレキシブル光導波路アレイ２０２を利用して結合した構造が、提案されている。
フレキシブル光導波路アレイ２０２と面型光素子アレイ１０９とは、フレキシブル光導波路アレイ２０２のコアが露出している端面を、面型光素子アレイ１０９の発光部に、直接突き当てて接着することで光学的に結合している。フレキシブル光導波路アレイ２０２の面型光素子アレイ１０９との結合端面は、研磨により鏡面仕上げが施されている。図７中、１０１及び１０８は 基板及び光素子の基板である。
【０００６】
【特許文献１】
特開平５−８８０２８号公報（図１）
【特許文献２】
特開平１１−３８２７０号公報（図１）
【特許文献３】
特開２００１−１８８１４６号公報（図２）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、第一の従来例に従って多数本の光ファイバと多数個の光デバイスを精度良く実装しようとすると、製造工程が複雑になり、しかも時間を要するので、結果として製造コストも増大するという問題があった。
第二の従来例では、光導波路と面発光半導体レーザ素子とが物理的に接着されていないので、衝撃や振動がある動作環境では、物理的結合性、従って光結合効率が変動し、信頼性を維持することが難しいという問題があった。
【０００８】
第三の従来例では、フレキシブル光配線を介して面発光レーザアレイ及びフォトダイオードアレイの一方と他方とを結合する方法であるから、基板上には、送信アレイか受信アレイの一方のみを設けることしかできない。つまり、一方通行の光伝送であって、送信と受信の双方を同時に行うことができない。
今後の小型で集積化された光集積回路は、光送信及び光受信の双方を同時に行うことが要求される。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、光送信及び光受信の双方を同時に出来き、しかも光回路の小型化に最適な光集積回路を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係るフレキシブル光配線は、基板の一方の領域に設けられ、複数個（以下、第１の素子個数と言う）の光素子を一次元アレイ状に配置した第１の光素子アレイと、第１の光素子に隣接して基板上に設けられ、複数個（以下、第２の素子個数と言う）の光素子を一次元アレイ状に配置した第２の光素子アレイとからなる第１の２次元アレイと、
第２の光素子アレイに離隔、対向して基板の他方の領域に設けられ、第２の素子個数の光素子を一次元アレイ状に配置した第３の光素子アレイと、第３の光素子アレイに隣接して基板上に設けられ、第１の素子個数の光素子を一次元アレイ状に配置した第４の光素子アレイとからなる第２の２次元アレイと、
複数本のコアと、コアを取り巻くクラッドとからなる光導波路を２段積層した構造の３次元フレキシブル光配線と
を備え、第１の光素子アレイの光素子と第４の光素子アレイの光素子、及び第２の光素子アレイの光素子と第３の光素子アレイの光素子とが、それぞれ、３次元フレキシブル光配線の各段の光導波路によって光接続されていることを特徴としている。
【００１１】
本発明で、第１から第４の光素子アレイを構成する光素子の種類、構成には、制約はなく、例えば面発光半導体レーザ素子、フォトダイオード、光増幅器等である。
つまり、第１の光素子アレイ、第２の光素子アレイ、第３の光素子アレイ、及び第４の光素子アレイが、それぞれ、面発光半導体レーザアレイ、フォトダイオードアレイ、面発光半導体レーザアレイ、及びフォトダイオードアレイでもよく、また、第１の光素子アレイ、第２の光素子アレイ、第３の光素子アレイ、及び第４の光素子アレイが、それぞれ、フォトダイオードアレイ、面発光半導体レーザアレイ、フォトダイオードアレイ、及び面発光半導体レーザアレイであっても良い。
【００１２】
第１の２次元アレイ及び第２の２次元アレイのアレイ本数が、それぞれ、２本である必要はなく、３本以上でも良い。
つまり、本発明に係る光集積回路は、第１の基板上に設けられ、相互に隣接して配置された複数本（以下、所定本数と言う）の１次元光素子アレイからなる第１の２次元アレイと、
第２の基板上に第１の２次元アレイに対向して設けられ、相互に隣接して配置された所定本数の一次元光素子アレイからなる第２の２次元アレイと、
複数本のコアと、コアを取り巻くクラッドとからなる光導波路を上記所定本数と同じ数の段数だけ積層した構造の３次元フレキシブル光配線と
を備え、第１の２次元アレイの１次元光素子アレイと第２の２次元アレイの１次元光素子アレイとは、対応するアレイ同士が各段の光導波路によってそれぞれ光接続されていることを特徴としている。
【００１３】
また、第１及び第２の２次元アレイでは、面発光半導体レーザアレイと、フォトダイオードアレイとが交互に設けられていても良い。更に、第１の基板及び第２の基板とが共通基板で形成されていても良い。
１次元光素子アレイでは、光素子が等間隔で配置されている必要はない。例えば、面発光半導体レーザアレイであれば、面発光半導体レーザ素子の相互の間隔が同じである必要はなく、異なっていても良い。更に、１次元光素子アレイの間で、光素子の間隔が異なっていてもよい。例えば面発光半導体レーザアレイの間で、面発光半導体レーザ素子の間隔が異なっていても良い。これは、フォトダイオードアレイにも適用できる。
【００１４】
本発明で、第１の素子個数が第２の素子個数と同じである必要はなく、異なっていてもよい。
また、光素子アレイを構成する光素子、例えば一の面発光半導体レーザアレイを構成する面発光半導体レーザ素子が他の面発光半導体レーザアレイを構成する面発光半導体レーザ素子と構成が異なっていても良い。これは、フォトダイオードアレイについても同様である。
【００１５】
好適には、３次元フレキシブル光配線中の光信号の減衰を抑制するために、３次元フレキシブル光配線が曲率半径３０ｍｍ以上の曲がり経路で配線されていることが好ましい。
また、具体的には、３次元フレキシブル光配線がポリマー系樹脂等で形成された高分子光導波路で構成されている。これにより、曲がり経路の配線が容易になる。これにより、曲がり経路の配線が容易になる。
【００１６】
更に好適には、光素子が面発光半導体レーザ素子又はフォトダイオードであるときには、３次元フレキシブル光配線は、第１及び第２の半導体レーザ素子の出射面、並びに第１及び第２のフォトダイオードの受光面に３次元フレキシブル光配線の端面を突き合わせ、接着することにより、第１及び第２の半導体レーザ素子並びに第１及び第２のフォトダイオードに光接合されている。
これにより作製が容易になり、光結合効率が高い大容量伝送を可能とする光配線を有する光集積回路を低コストで実現することができる。
【００１７】
本発明に係る光集積回路では、光配線が三次元光導波路で構成されているので、光配線を高密度で設けることができる。これにより、微細なＬＳＩ等の光素子を基板上に集積し、集積した光素子を光配線で光接続した光集積回路を低コストで実現できる。
また、本発明に係る光集積回路では、光素子として面発光半導体レーザアレイとフォトダイオードアレイとをそれぞれ独立して送受信部に設けることにより、光送受信の両方向同時伝送を行うことができる。
【００１８】
本発明に係る光集積回路に設ける３次元フレキシブル光配線を形成する際には、ガラス基板又はシリコン基板上にポリイミドを形成した基板上に、スピンコート法等の成膜方法により、ポリマー系樹脂層からなるコア及びクラッドを設け、フォトリソグラフィ処理によりコアのパターニングを行って基板上に二次元光導波路を形成する。
次いで、二次元光導波路を積層化して三次元光導波路を形成した後に、任意の面を光導波路の長手方向に垂直に端面を形成することにより実現できる。
３次元フレキシブル光配線を構成する高分子光導波路は、スピンコート法で形成できるので作製容易であり、フォトリソグラフィ処理でコアのパターニングが容易である。また、端面はダイシング装置によるダイシングにより容易に形成することができる
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下に、添付図面を参照して、実施形態例に基づいて本発明をより詳細に説明する。
実施形態例
本実施形態例は本発明に係る光集積回路の実施形態の一例であって、図１は本実施形態例の光集積回路の構成を示す斜視図、図２は第１及び第２の２次元アレイの平面図、及び図３は３次元フレキシブル光配線の断面図である。
本実施形態例の光集積回路１０は、図１に示すように、基板１２の一方の領域上に、第１の光素子アレイとして設けられた第１のフォトダイオードアレイ１４と、第２の光素子アレイとして設けられた第１の面発光半導体レーザアレイ１６とを有する第１の２次元アレイ１７を備えている。
また、光集積回路１０は、第１の２次元アレイ１７から離隔した基板１２の他方の領域上に、第２の光素子アレイとして設けられた第２のフォトダイオードアレイ１８と、第２の面発光半導体レーザアレイ２０とを有する第２の２次元アレイ２１を備え、３次元フレキシブル光配線２２により第１の２次元アレイ１７と第２の２次元アレイ２１とを光接続している。
【００２０】
第１の２次元アレイ１７では、第１のフォトダイオードアレイ１４が、図２に示すように、複数個、本実施形態例では６個のフォトダイオード２４を所定間隔Ｇで１次元アレイ状に配列した構造として形成されている。また、第１の面発光半導体レーザアレイ１６は、６個の面発光半導体レーザ素子２６を所定間隔Ｇで１次元アレイ状に配列した構造として形成され、第１のフォトダイオードアレイ１４の一方の側縁（図１では右側）に隣接している。
第１のフォトダイオードアレイ１４のフォトダイオード２４と、第１の面発光半導体レーザアレイ１６の面発光半導体レーザ素子２６との間隔はＳである。
【００２１】
第２の２次元アレイ２１は、第１の２次元アレイ１７から距離Ｌだけ離隔して並列配置されている。第２の２次元アレイ２１では、第２のフォトダイオードアレイ１８が、６個のフォトダイオード２８を所定間隔Ｇで１次元アレイ状に配列した構造として形成され、第１のフォトダイオードアレイ１４とは反対側に（図１では右側）第１の面発光半導体レーザアレイ１６から離隔して配置されている。
第２の面発光半導体レーザアレイ２０は、６個の面発光半導体レーザ素子３０を所定間隔Ｇ１次元アレイ状に配列した構造として形成され、第２のフォトダイオードアレイ１８の第１の面発光半導体レーザアレイ１６とは反対側の側縁（図１では右側）に隣接している。
また、第２のフォトダイオードアレイ１８のフォトダイオード２８と、第２の面発光半導体レーザアレイ２０の面発光半導体レーザ素子３０との間隔は、第１の２次元アレイ１７のフォトダイオード２４と面発光半導体レーザ素子２６との間隔と同じＳである。
【００２２】
換言すれば、第１のフォトダイオードアレイ１４のフォトダイオード２４、第１の面発光半導体レーザアレイ１６の面発光半導体レーザ素子２６、第２のフォトダイオードアレイ１８のフォトダイオード２８、及び第２の面発光半導体レーザアレイ２０の面発光半導体レーザ素子３０は、各アレイに直交する方向に所定間隔Ｇで平行に延在する直線上に配置されている。
【００２３】
３次元フレキシブル光配線２２は、第１の面発光半導体レーザアレイ１６と第２のフォトダイオードアレイ１８とを接続し、かつ第２の面発光半導体レーザアレイ２０と第１のフォトダイオードアレイ１４とを接続する。
３次元フレキシブル光配線２２は、図１及び図３に示すように、内側平面型光導波路３２と、内側平面導波路３２上に積層して設けられている外側平面型光導波路３４との２層構造の３次元フレキシブル光導波路であって、３０ｍｍ以上の曲率半径の円弧状の配線経路で延在している。
内側平面型光導波路３２は相互に平行に所定間隔Ｇで配列させた６本のコア３６を有し、外側平面型光導波路３４はクラッド４０を介して内側平面型光導波路３２の各コア３６上に相互に平行に所定間隔Ｇで配列させた６本のコア３８を有する。コア３６とコア３８との間隔は面発光半導体レーザ素子とフォトダイオードとの間隔Ｓに等しい。
【００２４】
つまり、光配線２２は、規則的な３次元配列で延在するコア３６、３８と、コア３６、３８に沿ってコア３６、３８の周りに設けられたクラッド４０を備えた構造として構成されている。
更に詳しく説明すると、内側平面型光導波路３２は、第１クラッド層４２と、第一クラッド層４２上に延在する柱状のコア３６と、第１クラッド層４２及びコア３６上に成膜されている第２クラッド層４４とから構成され、外側平面型光導波路３４は、第２クラッド層４４上に延在する柱状のコア３８と、第２クラッド層４４及びコア３８上に成膜されている第３クラッド層４６とから構成されている。
つまり、クラッド４０は、第１クラッド層４２、第２クラッド層４４、及び第３クラッド層４６で構成されている。
【００２５】
コア３６、３８は、屈折率がクラッド４０より０．１〜２．０％程度大きい高分子有機化合物で形成された、断面１０〜１００μｍ角の柱状体であって、本実施形態例では、三次元光導波路が長手方向に直交する光入出力端面で見て、各６本のコア３６、コア３８が縦方向に等間隔Ｓで、かつ横方向に等間隔Ｇで配置されている。また、クラッド４０もコア３６、３８より屈折率が小さい高分子有機化合物で形成されている。
光導波路を形成するための高分子有機化合物の例として、例えば、オキセタン樹脂（ソニーケミカル製）、フッ素化ポリイミド（ＮＴＴアドバンステクノロジー製、日立化成工業製）、グラシア（ポリシラン）（日本ペイント製）などがある。
【００２６】
内側平面型光導波路３２の各コア３６は、第１の面発光半導体レーザアレイ１６を構成する各面発光半導体レーザ素子２６と、第２のフォトダイオードアレイ１８を構成する各フォトダイオード２８とをそれぞれの配列順序で順次に光接続する。
また、外側平面型光導波路３４の各コア３８は、第２の面発光半導体レーザアレイ２０を構成する各面発光半導体レーザ素子３０と、第１のフォトダイオードアレイ１４を構成する各フォトダイオード２４とをそれぞれの配列順序で順次に光接続する。
内側平面型光導波路３２の各コア３６及び外側平面型光導波路３４の各コア３８の接続端部は、接続する面発光半導体レーザ素子２６、３０の発光部、及びフォトダイオード２４、２８の受光部に物理的に直接エポキシ系接着剤等により接着することにより光結合されている。
【００２７】
本実施形態例の光集積回路１０では、各面発光半導体レーザ素子２６、３０から出射されたレーザ光は、３次元フレキシブル光配線２２のコア３６、３８の内部を全反射して伝搬し、それぞれ、対応するフォトダイオード２４、２８に入射して受光される。
【００２８】
本実施形態例では、第１及び第２の面発光半導体レーザアレイ１６、２０の面発光半導体レーザ素子２６、３０の数を６個としているが、これに限られることはなく、任意である。
また、第１の面発光半導体レーザアレイ１６の面発光半導体レーザ素子２６の数と、第２の面発光半導体レーザアレイ２０の面発光半導体レーザ素子３０の数とが相互に異なっていても良い。その場合には、第１及び第２のフォトダイオードアレイ１４、１８のフォトダイオード２４、２８の数は、それぞれ、第１の面発光半導体レーザアレイ１６の面発光半導体レーザ素子２６の数、及び第２の面発光半導体レーザアレイ２０の面発光半導体レーザ素子３０の数に等しい数である。
【００２９】
本実施形態例は本発明に係る光配線の製造方法の実施形態の一例であって、図４（ａ）から（ｄ）、図５（ｅ）から（ｇ）、及び図６（ｈ）から（ｊ）は、それぞれ、３次元フレキシブル光配線を製造する際の各工程の断面図である。
本実施形態例では、３次元光導波路からなる光配線の材料としてオキセタン樹脂を用いる。
【００３０】
オキセタン樹脂を用いて光導波路を形成する方法は、特開２０００−３５６７２０号公報に詳述されている。前掲公報を参照して、オキセタン樹脂を簡単に説明すると、オキセタン樹脂は、オキセタン環を有するオキセタン化合物と、オキシラン環を有するオキシラン化合物と、連鎖反応によりオキセタン化合物の重合を開始させるカチオン重合開始剤とを含み、紫外線等のエネルギービームを照射することにより硬化する樹脂成分であって、例えばソニーケミカル（株）から販売されている。
【００３１】
オキセタン化合物として、例えばジ［１−エチル（３−オキセタニル）］メチルエーテル（室温で液体）、１，４−ビス｛［（３−エチル−３−オキセタニル）メトキシ］メチル｝ベンゼンとジ［４−（１−エチル−３−オキセタニルメトキシメチル）］ベンジルエーテルとの混合物（以下、キシレンジオキセタンともいう。）（室温で液体）、フェノールノボラックオキセタン（室温で固体）、オキセタニルシルセスキオキセタン（室温で液体）等が挙げられる。
【００３２】
オキシラン化合物として、例えばリモネンジオキサイド、多官能脂肪族環状エポキシ樹脂、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂とビスフェノールＦ型エポキシ樹脂との混合物（混合比約１：１）、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、二官能脂肪族環状エポキシ樹脂、多官能脂肪族環状エポキシ樹脂等が挙げられる。
また、カチオン重合開始剤は、例えば４−４′ビス［ジ（βヒドロキシエトキシ）フェニルスルフォニオ］フェニルスルフィド−ビス−ヘキサフルオロアンチモネート（旭電化社製）である。
【００３３】
オキセタン化合物の屈折率（２５℃、ナトリウムＤ線）は、オキセタン化合物の種類によって異なり、例えばジ［１−エチル（３−オキセタニル）］メチルエーテルで１．４５４４、またフェノールノボラックオキセタンで１．５７程度である。
また、オキシラン化合物の屈折率（２５℃、Ｄ線）は、例えばリモネンジオキサイドで１．４６５６、またビスフェノールＡ型エポキシ樹脂で１．５６８３である。
【００３４】
オキセタン樹脂は、オキセタン化合物及びオキシラン化合物の種類並びに配合比を調整することにより、屈折率を調節することができる。
例えば、光導波路のコア部を形成するためには、クラッド部との屈折率の差が安定して得られるように、屈折率が１．５未満のものを１０〜３０重量％含み、屈折率が１．５以上のものを４０〜６０重量％含み、残部がオキシラン化合物であるオキセタン樹脂を使用する。また、クラッド部を形成するためには、屈折率が１．５未満のオキセタン化合物を４０重量％よりも多く含み、残部がオキシラン化合物であって、屈折率が１．５以上のオキセタン化合物を含まないオキセタン樹脂を使用する。
【００３５】
具体的には、例えば、キシレンジオキセタン１０重量部、フェノールノボラックオキセタン２０重量部、二官能脂肪族環状エポキシ樹脂３０重量部、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂とビスフェノールＦ型エポキシ樹脂との混合物２０重量部、およびビスフェノールＡ型エポキシ樹脂２０重量部を混合し、９０℃で２時間加熱して溶解した後、カチオン重合開始剤２重量部を配合し、更に、フィルタリングを行ってダストなどを除去することにより、光導波路コア形成用のオキセタン樹脂を得ることができる。
【００３６】
また、ジ［１−エチル（３−オキセタニル）］メチルエーテル２２重量部、オキセタニルシルセスキオキセタン１３重量部、多官能脂肪族環状エポキシ樹脂３５重量部、および二官能脂肪族環状エポキシ樹脂３０重量部を混合し、９０℃で２時間加熱して溶解した後、カチオン重合開始剤２重量部を配合し、更に、フィルタリングを行ってダストなどを除去することにより、光導波路クラッド形成用のオキセタン樹脂を得ることができる。
【００３７】
本実施形態例では、ガラス基板、又はシリコン基板上にポリイミド層を形成した３次元光導波路作製用の複合基板を用いる。まず、図４（ａ）に示すように、次いで、クラッド層を形成するために、屈折率１．５６のオキセタン樹脂を複合基板４８のポリイミド層上に塗布してスピンコート法により均一な膜厚のオキセタン樹脂層を成膜し、続いて紫外線を照射して硬化させ、第一クラッド層４２を形成する。
次に、図４（ｂ）に示すように、第一クラッド層４８上に、屈折率１．５８のオキセタン樹脂を塗布して、スピンコート法により均一な膜厚のコア形成層５０を成膜する。
【００３８】
続いて、図４（ｃ）に示すように、フォトリソグラフィ処理によりコアパターンを有するマスク５２をコア形成層５０上に形成し、図４（ｄ）に示すように、コア形成層５０に対してマスク上から紫外線を照射する。紫外線が照射されたコア層５０の領域は硬化し、紫外線が照射されなかったコア形成層５０の領域は硬化しない。
次に、硬化していないコア形成層５０の領域をアセトンで除去し、図５（ｅ）に示すように、柱状体のコア３６を第１のクラッド層４２上に形成する。
【００３９】
更に、図５（ｆ）に示すように、コア３６上に屈折率１．５６のオキセタン樹脂をスピンコート法により塗布、成膜し、紫外線を照射して第２クラッド層４４を形成する。これにより、内側平面型光導波路３２を複合基板４８上に形成することができる。
以下、内側平面型光導波路３２上に、上述の手順と同様にして、図５（ｇ）に示すように、コア形成層５４を成膜し、マスク５６を形成し、続いて紫外線を照射する。
【００４０】
コア形成層５４の非硬化領域をアセトンで除去して、図６（ｈ）に示すように、第二層目のコア３８を形成する。
続いて、図６（ｉ）に示すように、第３クラッド層４６を成膜する。これにより、外側平面型光導波路３４を内側平面型光導波路３２上に形成することができる。
【００４１】
次いで、複合基板４８、内側平面型光導波路３２、及び外側平面型光導波路３４の積層構造をダイシング装置により切削し、光導波路の長手方向に垂直な端面を形成する。また、光配線の角度を変換する傾斜光学反射端面をダイシング装置（ディスコ製）によるダイシングにより形成することもできる。
最後に、複合基板４８を剥離することにより、３次元フレキシブル光配線２２を形成することができる。
ガラス基板、又はシリコン基板上にポリイミドを形成した複合基板４８上にオキセタン樹脂層を成膜することにより、オキセタン樹脂層が基板に化学的にも物理的にも接着されないので、オキセタン樹脂層からなるクラッド４０を容易に剥離することができる。
【００４２】
３次元フレキシブル光配線２２を第１及び第２の面発光半導体レーザ素子２６、３０、並びに第１のフォトダイオード２４、２８に光結合する際には、エポキシ樹脂系の接着剤を使って３次元フレキシブル光配線２２の各コア３６及び３８並びにクラッド４２、４４、４６を出射面及び受光面に接着することにより、光結合効率良く結合することができる。
【００４３】
【発明の効果】
本発明によれば、光集積回路の光配線が三次元光導波路で構成されているので、光配線を高密度で設けることができる。これにより、微細なＬＳＩ、面発光半導体レーザ素子、フォトダイオード等の光素子を基板上に集積し、集積した光素子を光配線で光接続した光集積回路を低コストで実現できる。
また、面発光半導体レーザアレイとフォトダイオードアレイとをそれぞれ独立して第１及び第２の２次元アレイからなる両端末に設けることにより、光送受信の両方向同時伝送を行うことができる。
本発明に係る光集積回路を適用することにより、インタコネクションを光化することができ、ボトルネックになっている電気配線の高速伝達の限界を打破することができる。
また、３次元フレキシブル光配線の端面を直接物理的に面発光半導体レーザ素子及びフォトダイオードに結合させることにより、高い光結合効率で、実装精度良く面発光半導体レーザ素子とフォトダイオードとを集積することができ、パッシブアライメントを可能にする。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態例の光集積回路の構成を示す斜視図である。
【図２】第１及び第２の２次元アレイの構成を示す平面図である。
【図３】３次元フレキシブル光配線の構成を示す断面図である。
【図４】図４（ａ）から（ｄ）は、それぞれ、３次元フレキシブル光配線を製造する際の各工程の断面図である。
【図５】図５（ｅ）から（ｇ）は、それぞれ、図４（ｄ）に続いて、３次元フレキシブル光配線を製造する際の各工程の断面図である。
【図６】図６（ｈ）から（ｊ）は、それぞれ、図５（ｇ）に続いて、３次元フレキシブル光配線を製造する際の各工程の断面図である。
【図７】特開２００１−１８８１４６号公報に掲載された従来の光配線である。
【符号の説明】
１０……実施形態例の光集積回路、１２……基板、１４……第１のフォトダイオードアレイ、１６……第１の面発光半導体レーザアレイ、１７……第１の２次元アレイ、１８……第２のフォトダイオードアレイ、２０……第２の面発光半導体レーザアレイ、２１……第２の２次元アレイ、２２……３次元フレキシブル光配線、２４……フォトダイオード、２６……面発光半導体レーザ素子、２８……フォトダイオード、３０……面発光半導体レーザ素子、３２……内側平面型光導波路、３４……外側平面型光導波路、３６、３８……コア、４０……クラッド、４２……第１クラッド層、４４……第２クラッド層、４６……第３クラッド層、４８……複合基板、５０……コア形成層、５２……マスク、５４……コア形成層、５６……マスク。

Claims (12)

1. 基板の一方の領域に設けられ、複数個（以下、第１の素子個数と言う）の光素子を一次元アレイ状に配置した第１の光素子アレイと、第１の光素子に隣接して基板上に設けられ、複数個（以下、第２の素子個数と言う）の光素子を一次元アレイ状に配置した第２の光素子アレイとからなる第１の２次元アレイと、
   第２の光素子アレイに離隔、対向して基板の他方の領域に設けられ、第２の素子個数の光素子を一次元アレイ状に配置した第３の光素子アレイと、第３の光素子アレイに隣接して基板上に設けられ、第１の素子個数の光素子を一次元アレイ状に配置した第４の光素子アレイとからなる第２の２次元アレイと、
   複数本のコアと、コアを取り巻くクラッドとからなる光導波路を２段積層した構造の３次元フレキシブル光配線と
   を備え、第１の光素子アレイの光素子と第４の光素子アレイの光素子、及び第２の光素子アレイの光素子と第３の光素子アレイの光素子とが、それぞれ、３次元フレキシブル光配線の各段の光導波路によって光接続されていることを特徴とする光集積回路。
2. 第１の光素子アレイ、第２の光素子アレイ、第３の光素子アレイ、及び第４の光素子アレイが、それぞれ、面発光半導体レーザアレイ、フォトダイオードアレイ、面発光半導体レーザアレイ、及びフォトダイオードアレイであることを特徴とする請求項１に記載の光集積回路。
3. 第１の光素子アレイ、第２の光素子アレイ、第３の光素子アレイ、及び第４の光素子アレイが、それぞれ、フォトダイオードアレイ、面発光半導体レーザアレイ、フォトダイオードアレイ、及び面発光半導体レーザアレイであることを特徴とする請求項１に記載の光集積回路。
4. ３次元フレキシブル光配線が曲率半径３０ｍｍ以上の曲がり経路で配線されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の光集積回路。
5. ３次元フレキシブル光配線が高分子光導波路で構成されていることを特徴とする請求項４に記載の光集積回路。
6. 光素子が面発光半導体レーザ素子又はフォトダイオードであって、３次元フレキシブル光配線は、光素子の出射面又は受光面に３次元フレキシブル光配線の端面を突き合わせ、接着することにより、光素子に光接合されていることを特徴とする請求項５に記載の光集積回路。
7. 第１の基板上に設けられ、相互に隣接して配置された複数本（以下、所定本数と言う）の１次元光素子アレイからなる第１の２次元アレイと、
   第２の基板上に第１の２次元アレイに対向して設けられ、相互に隣接して配置された所定本数の一次元光素子アレイからなる第２の２次元アレイと、
   複数本のコアと、コアを取り巻くクラッドとからなる光導波路を上記所定本数と同じ数の段数だけ積層した構造の３次元フレキシブル光配線と
   を備え、第１の２次元アレイの１次元光素子アレイと第２の２次元アレイの１次元光素子アレイとは、対応するアレイ同士が各段の光導波路によってそれぞれ光接続されていることを特徴とする光集積回路。
8. 第１及び第２の２次元アレイでは、面発光半導体レーザアレイと、フォトダイオードアレイとが交互に設けられていることを特徴とする請求項７に記載の光集積回路。
9. 第１の基板及び第２の基板とが共通基板で形成されていることを特徴とする請求項７又は８に記載の光集積回路。
10. ３次元フレキシブル光配線が曲率半径３０ｍｍ以上の曲がり経路で配線されていることを特徴とする請求項７から９のうちのいずれか１項に記載の光集積回路。
11. ３次元フレキシブル光配線が高分子光導波路で構成されていることを特徴とする請求項１０に記載の光集積回路。
12. 光素子が面発光半導体レーザ素子又はフォトダイオードであって、３次元フレキシブル光配線は、光素子の出射面又は受光面に３次元フレキシブル光配線の端面を突き合わせ、接着することにより、光素子に光接合されていることを特徴とする請求項１１に記載の光集積回路。

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