JP2006258835A - 光導波モジュール、並びに、光電変換装置及び光導波部材 - Google Patents

Abstract

【課題】 ソケットやインターポーザーの成型精度に依存しない位置合わせ手段を有し、高精度な光結合を低コストで形成可能な光導波モジュール、並びに、その構成部材としての光電変換装置及び光導波部材を提供すること。
【解決手段】 発光素子または受光素子である光素子４が形成された素子基板７の光出射または入射面に強度補強用のベースガラス１１を接合し、ベースガラス１１にガラス基板１２を接合する。ガラス基板１２にはレンズ部１３を設ける。光導波路２０を、導光路であるコア２１と、上クラッド２２および下クラッド２３で構成する。コア２１の端面を４５度傾斜反射面２４とし、端面２４近傍の上クラッド２２にレンズ部２５を設ける。ガラス基板１２に前記位置合わせ手段である凸部（ピン）３１を設け、光導波路２０の上クラッド２２に凹部３２を設け、両者の凹凸嵌合によって、光素子４と光導波路コア２１とを光結合する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、光情報処理装置、例えば半導体チップ間の光配線等に用いられる光導波モジュール、並びに、その部材である光電変換装置及び光導波部材に関するものである。

従来、ＬＳＩ（大規模集積回路）等の半導体チップ間の信号伝達は、すべて基板配線を介した電気信号によってなされてきた。しかしながら、昨今のＭＰＵ（Microprocessor Unit）の高機能化にともない、チップ間にて必要となるデータの授受量は著しく増大し、信号の高速化や信号配線の高密度化が必要となっており、結果として様々な高周波問題が浮上している。それらの代表的なものとして、配線の抵抗と容量による信号遅延、インピーダンスミスマッチ、或いはノイズやクロストークの発生などのＥＭＣ／ＥＭＩ（Electro-Magnetic Compatibility／Interference；電子機器が電磁波妨害を与えたり、受けたりすることを防止する、電磁環境に対する適合性）等が挙げられる。このような問題を解決するため、配線配置の最適化や新素材開発などの様々な手法が開発されてきた。

しかし近年、上記の配線配置の最適化や新素材開発などの効果も物性的限界に阻まれつつあり、今後システムの更なる高機能化を実現するためには、単純な半導体チップの実装を前提とした実装ボードの構造そのものを見直す必要が生じてきている。そこで、これら諸問題を解決すべく、様々な抜本対策が提案されている。以下にその代表的なものを記す。

・マルチチップモジュール（ＭＣＭ）化による微細配線結合
高機能チップを、セラミック・シリコンなどの精密実装基板上に実装し、従来のマザーボード（多層プリント基板）上では形成不可能である微細配線結合を実現する。これによって配線の狭ピッチ化が可能となり、バス幅を広げることでデータ授受量を飛躍的に増大させることができる。

・各種半導体チップの封止、一体化による電気配線結合
ポリイミド樹脂などを用いて各種半導体チップなどを二次元的に封止、一体化し、その一体化された基板上にて微細配線結合を行う。これによって配線の狭ピッチ化が可能となり、バス幅を広げることでデータ授受量を飛躍的に増大させることができる。

・半導体チップの三次元的結合
各種半導体チップに貫通電極を設け、それぞれを貼り合わせることで積層構造とする。これにより、異種半導体チップ間の結線が物理的に短絡化され、結果として信号遅延などの問題が回避される。但しその一方、積層化による発熱量増加、半導体チップ間の熱応力などの問題が生じる。

更に、より根本的に信号授受の高速化および大容量化を実現する技術として、光配線による光伝送結合技術（光インターコネクション）が注目されている（例えば、後記の非特許文献１及び非特許文献２参照。）。この技術は、電気信号を光信号に変換し、チップ間の伝送速度そのものを大幅に向上させるものである。また、光信号は電磁波に関する対策を全く必要とせず、比較的自由な配線設計が可能となる。

光配線は、電子機器間、電子機器内のボード間又はボード内のチップ間など、種々の個所に適用可能である。例えば、チップ間のような短距離間の信号の伝送では、図９に示すように、チップが搭載されているプリント配線基板１００の上に光導波路１０１を形成し、信号変調された発光素子（例えば面発光レーザー）１０４の出射光（例えばレーザー光）を光導波路１０１の入り口側端部１０２から取り込み、光導波路１０１内を出口側端部１０３へ導波し、出口側端部１０３から受光素子（例えばフォトダイオード）１０５に入射させる。このようにして、光導波路１０１を信号変調されたレーザー光等の伝送路とした光伝送・通信システムを構築することができる。

"光配線との遭遇"、日経エレクトロニクス、２００１年１２月３日、１２２〜１２５頁、図４〜７ 安藤泰博、"光インタコネクション技術の動向と次世代装置実装技術"、NTT R&D, Vol.48, No.3, p.271-280(1999)

光配線システムにおいては、光部品（発光素子、受光素子、光導波路、光ファイバ、あるいはレンズなど）の間の位置合わせを行い、光路を接続して位置固定する手段が不可欠である。この際、光部品間で入出力される光の接続損失が許容範囲に収まるように、光部品間の相対的な位置精度を良好に保つ必要がある。なお、以下、本明細書において、発光素子および受光素子を区別しない場合に、これらを光素子と呼ぶことがある。また、光部品間で位置合わせを行い、光路を接続して位置固定する工程を、「光部品間に光結合を形成する」と表現することがある。

従来、位置合わせの方法としては、信号光の強さを実際に観察しながら位置合わせを行うアクティブアライメント法や、基板などに設けた位置合わせマーカを顕微鏡で観察しながら行う方法などがあるが、これらの方法は手間がかかり、光配線システムをコスト高にする原因の１つである。従って、嵌合（嵌め合わせ）や当接（突き当て）などの、外形に基づくセルフアライメント法によって、生産性よく、低コストで位置合わせする方法が望まれている。

また、位置合わせを行うには、何らかの位置基準が必要である。例えば、図９を用いて説明した表面実装方式では、プリント配線基板１００などの実装基板を位置基準としている。しかし、実装基板を位置基準として所望の位置精度を実現するには、実装基板自体を高精度化することが必要になり、これは高コスト化の原因になる。また、本来そのような目的で設計されていない実装基板を位置基準にしようとしても、熱膨張などによって所定の性能を実現できない可能性が高い。

本発明者は、鋭意検討を重ねた結果、特願２００３−４２０９７０において、実装基板の代わりにソケットを用いること、および、一組のソケット間に光導波路アレイを架け渡した光情報処理装置を形成し、これにより光配線システムを構成することを提案した。

このソケットは、ＰＧＡ（Pin Grid Array）パッケージまたはＬＧＡ（Land Grid Array）パッケージなどのＩＣパッケージのソケットをベースとし、光導波路アレイ設置部である凹部を４つ、十文字型に設けたもので、光導波路アレイを位置決めする位置決め手段を有する。また、ソケットには、光素子が裏面にフリップチップ実装されたインターポーザーを、光導波路と位置合わせして搭載する機構が設けられている。

図１０は、そのソケットの概略斜視図である。図１０（ａ）は、光導波路が設置される面側からソケットを見た概略斜視図であり、図１０（ｂ）は、その反対の面側から見た概略斜視図である。

図１０に示すように、ソケット１１０には、（図示省略した）光導波路アレイを位置決めして固定するための凹部１１２と突起部１１３が４箇所に設けられている。光導波路アレイは、１つの凹部１１２に嵌め込まれて幅方向の位置決めが行われ、突起部１１３に突き当てられて長さ方向の位置決めが行われる。なお、凹部１１２の深さは、光導波路アレイ１１１の厚さよりも大きい。

ソケット１１０の凸面１１４には、ソケット１１０の表面と裏面とを導通するための導通手段、例えばターミナルピンの凹部１１５が設けられている。後述するように、このターミナルピン凹部１１５によってインターポーザー１２０が位置決めされて固定される。

ソケット１１０の材料としては、従来公知の絶縁性樹脂を用いることができ、例えばガラス繊維入りＰＥＳ（ポリエチレンスルフィド）樹脂、ガラス繊維入りＰＥＴ（ポリエチレンテレフタラート）樹脂等が挙げられる。ソケット１１０は、例えば、金型を用いた加圧成形などにより容易に作製することができる。

図１１は、ソケット１１０を用いた光情報処理装置を分解して示す概略断面図（ａ）と、これらを１つに組み立てた光情報処理装置の概略断面図（ｂ）とである。

図１１（ａ）に示すように、光情報処理装置２００は、プリント配線板１３０の上に固定された１組のソケット１１０−１および１１０−２、これらのソケット間に架け渡されて設置された光導波路アレイ１１１、そしてインターポーザー１２０−１および１２０−２で構成されている。

インターポーザー１２０−１および１２０−２には、それぞれ、上面側には半導体集積回路チップ１２４および１２５が実装されており、下面側には光導波路アレイ１１１に光を出射するための発光素子アレイ１２２、及び／又は光導波路アレイ１１１からの入射光を受光するための受光素子アレイ１２３がフリップチップ実装され、周辺部には再配線電極１２１が設けられている。

インターポーザー１２０−１および１２０−２を、それぞれ、ソケット１１０−１および１１０−２に固定する際には、インターポーザー１２０−１および１２０−２の再配線電極１２１をソケット１１０−１および１１０−２のターミナルピン凹部１１５にさし込み、インターポーザー１２０−１および１２０−２の下面をソケット１１０−１および１１０−２の凸面１１４に接触させて、位置決めする。

図１２は、光情報処理装置２００の、図１１（ｂ）に点線で示した領域を拡大して示す部分拡大断面図である（図中の点線は、断面位置をはずれた重要部材を示している。）。上述したように、光導波路アレイ１１１は、ソケット１１０−１の凹部１１２に嵌め込まれて、幅方向の位置決めが行われ、突起１１３に突き当てられて、長さ方向の位置決めが行われている。発光素子アレイ１２２は、インターポーザー１２０−１にフリップチップ実装され、そのインターポーザー１２０−１は、再配線電極１２１とターミナルピン凹部１１５との凹凸嵌合によって、ソケット１１０−１に対して位置決めされる。

この例ように、光導波路アレイ１１１と、発光素子１２２及び／又は受光素子１２３とは、ソケット１１０に設けられた凹部１１２と突起部１１３の位置、およびターミナルピン凹部１１５の位置を位置基準として、ソケット１１０およびインターポーザー１２０を介して位置合わせされている。そのため、光導波路アレイ１１１と発光素子１２２及び／又は受光素子１２３との光結合の精度は、ソケット１１０およびインターポーザー１２０の作製精度にのみ依存し、プリント配線基板１３０などの実装基板の作製精度には無関係である。

また、プリント配線基板１３０と比較して剛性の高い樹脂によってソケット１１０を作製でき、このソケット１１０上で光導波路１１１と、発光素子１２２及び／又は受光素子１２３との光結合を形成することができるため、所望の光結合の精度を容易に確保することができる。

以上に説明したように、プリント配線基板１００などの実装基板を位置合わせの位置基準とする表面実装方式の場合、±５０〜１００μｍ程度のマージンを見込まなければならなかったインターポーザーと光導波路との間の位置合わせ誤差が、ソケット１１０を位置基準とする実装構造によって、一気に±２０μｍ以下程度まで削減された（これは、最小２乗法によって評価した累積誤差を比較した結果である。）。

すなわち、我々の行った試算では、現在の先端成型技術を用いると、ターミナルピン凹部１１５などの孔位置等の成型誤差を約±１０μｍ以下に抑えることが可能である。そこで、(１)ソケット１１０に設ける突起１１３やターミナルピン凹部１１５の形成誤差が±１０μｍ、(２)−２０℃〜５０℃における各構成部材の熱膨張係数の違いによる位置ずれ誤差が±７μｍ、(３)インターポーザー１２０に設ける再配線電極１２１の形成誤差が±１０μｍ、および(４)インターポーザー１２０自体の形成誤差が±８μｍであるとすると、この系での最小２乗法による累積誤差は、
（ １０² ＋ ７² ＋ １０² ＋ ８² ）^1/2 ≒ １８
となり、±２０μｍの光軸ばらつきを吸収できるコリメーションレンズを用いれば、損失を最大でも１６％以下に抑えることができる。

ただし、この場合でも上記(１)および（２）などのソケットの成型に関わる誤差が誤差全体の約５０％を占めており、この誤差を更に小さくできれば、コリメーション光学系の設計がより容易なものとなることがわかる。

ソケットの成型精度に依存しない方法として、本発明者は、先に
１．インターポーザーの位置決めピンにて、導波路とインターポーザーを同時に位置決めする方法（特願２００４−３１２８７３）
２．インターポーザーに導波路位置決めピンを接着（はんだ付け）し、インターポーザー基準で光素子と導波路を位置決めする方法（特願２００５−４３２１４）
を提案した。しかしながら、これらの方法では依然インターポーザーに位置決めピンを設ける必要があるため、インターポーザーの高精度化や高剛性化が必要である。

以上に述べてきたように、実装基板に代えてソケットやインターポーザーを位置基準とすることで位置合わせ誤差は大きく削減されたものの、ソケットやインターポーザーの高精度化や高剛性化が必要になり、コストアップの原因となる。

本発明は、上述したような問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、ソケットやインターポーザーの成型精度に依存しない位置合わせ手段を有し、高精度な光結合を低コストで形成可能な光導波モジュール、並びに、その構成部材としての光電変換装置及び光導波部材を提供することにある。

本発明は、光電変換素子が形成された素子基体と、前記光電変換素子の出射光又は入射光を通す光透過性基体とが接合された光電変換装置と；前記出射光又は入射光を導く光導波部材と；を組み合わせてなる光導波モジュールにおいて、
前記光電変換素子と前記光導波部材との光結合を形成するための位置合わせ手段が、 前記光透過性基体と前記光導波部材との間に設けられている
ことを特徴とする、光導波モジュールに係わるものである。

また、光電変換素子が形成された素子基体と、前記光電変換素子の出射光又は入射光を通す光透過性基体とが接合された光電変換装置において、
前記光電変換素子と、前記出射光又は入射光を導く光導波部材との光結合を形成する ための位置合わせ手段を固定する固定手段が、前記光透過性基体に設けられている
ことを特徴とする、光電変換装置に係わり、光電変換素子の出射光又は入射光を導く光導波部材において、
前記光電変換素子との光結合を形成するための位置合わせ手段を固定する固定手段を 有する
ことを特徴とする、光導波部材に係わるものである。

本発明によれば、光電変換素子が形成された素子基体と、前記光電変換素子の出射光又は入射光を通す光透過性基体とが接合された光電変換装置と；前記出射光又は入射光を導く光導波部材と；を組み合わせてなる光導波モジュールにおいて、
前記光電変換素子と前記光導波部材との光結合を形成するための位置合わせ手段が、 前記光透過性基体と前記光導波部材との間に設けられている
ため、前記光電変換素子を含む前記光電変換装置と前記光導部材とは、前記位置合わせ手段のみを介して光結合される。

従って、前記位置合わせ手段、および、前記光透過性基体および前記光導波部材のうちの、前記位置合わせ手段と直接、凹凸嵌合や当接などを行う局所的領域のみを所定の精度で作製すれば、所望の精度で前記光結合を形成することができる。

ソケットやインターポーザーなどを介する間接的な位置合わせと異なり、前記光電変換素子と前記光導波部材とがほぼ直接的に位置合わせを行うので、位置合わせに関わる部材が小型化する。この結果、光結合の高精度化と低コスト化が可能になる。また、熱膨張率が低いものや、加工特性が優れているものなど、材料特性の優れた材料があれば、高価であっても用いることができ、さらに精度を向上させることができる。

また、前記光透過性基体及び／又は前記光導波部材にレンズなどの光部品を形成する工程で同時に前記位置合わせ手段を設けることができるため、位置合わせのために要する工程数を減らすことができ、このことからもコストダウンが可能となる。

また、ソケットやインターポーザーなどは、位置合わせのための部材という制約がなくなるため、熱膨張係数等の制約がなくなるなど、本来の役割のみを考慮して設計を行うことができるようになり、設計の自由度が大きくなる。

本発明において、光導波路アレイに入射される光は、特に限定されるものではないが、例えば、半導体レーザー素子等からのレーザー光を挙げることができる。また、前記光導波部材としては、光導波路又は光ファイバからなるものがよい。

本発明において、前記光透過性基体に、前記出射光又は入射光を通すレンズ部が、前記光電変換素子に対応して設けられているのがよい。また、前記光導波部材に、前記レンズ部に対応したレンズ部が設けられているのがよい。

前記位置合わせ手段が、前記光透過性基体又は前記光導波部材と一体に成形されているのがよい。また、前記レンズ部が前記光透過性基体と一体成形されているのがよい。このようにすれば、前記位置合わせ手段など、位置合わせに関与する部材の機械的強度や、位置合わせの操作性などが向上する。さらに、前記位置合わせ手段とその周辺の部材を同一材料で形成すれば、熱膨張率の違いによる位置ずれをなくすことができる。ただし、前記位置合わせ手段の設け方はこれに限るものではなく、適宜別体で形成して後付けしてもよい。

前記位置合わせ手段が、前記光透過性基体又は前記光導波部材と凹凸嵌合又は当接されているのがよい。

次に、本発明の好ましい実施の形態を、図面参照下に具体的かつ詳細に説明する。

実施の形態１
図１は、実施の形態１に基づく光電変換装置の下面側（光出射または入射側）の平面図（ａ）と断面図（ｂ）、および光導波モジュールの断面図（ｃ）である。なお、断面図（ｂ）および（ｃ）は、平面図（ａ）に１ｂ−１ｂ線で示した位置における断面図である。また、図中の点線は、断面位置をはずれた位置にある重要部材を示している（以下、同様。）。

図１（ｂ）に示すように、光電変換装置１０Ａでは、前記素子基体である素子基板７に、前記光電変換素子である光素子４が複数個、配置されている。図１（ｂ）には３個の光素子４を示したが、これは作図上の便宜的なものであって、光素子４の個数は特に限定されるものではない。

光素子４は、面発光レーザー（ＶＣＳＥＬ）などの発光素子、またはフォトダイオードなどの受光素子である。光素子４は、上面に形成された電極５によって、はんだバンプなどを介して（図示省略した）インターポーザーなどにフリップチップ接続され、インターポーザーなどに搭載された（図示省略した）制御用半導体チップなどと電気的に接続される。半導体チップは、例えばウエ−ハレベルＣＳＰ（Chip Scale Package）である。

光素子４の下面は、光出射または入射面になっていて、光路を妨げないように電極が形成されている。光透過性電極には、強度補強用のベースガラス１１が接合され、ベースガラス１１に前記光透過性基体であるガラス基板１２が接合されている。ガラス基板１２にはレンズ部１３が設けられており、光素子４が発光素子である場合には出射光をコリメートして拡散するのを防止し、光素子４が受光素子である場合には入射光を受光素子に集光させる働きをする。

図１（ｃ）に示すように、光電変換装置１０Ａと、光電変換装置１０Ａから出射される光を外部に導き、または外部からの入射光を光電変換装置１０Ａに導く前記光導波部材である光導波路アレイ２０Ａとが組み合わされて、光導波モジュール３０Ａが形成されている。光導波モジュール３０Ａは、光信号の送信側と受信側との２つの光導波モジュール３０Ａを組み合わせれば、光情報処理装置を構成することができる光情報処理装置の単位モジュールである。

光導波路アレイ２０Ａの各光導波路は、導光路であるコア２１と、上クラッド２２および下クラッド２３で構成されており、コア２１の端面は、光素子４と光の入出射を行うための４５度傾斜反射面２４になっている。端面２４近傍の上クラッド２２にはレンズ部２５が設けられており、光素子４が発光素子である場合には、その出射光を４５度傾斜反射面２４に集光してコア２１の内部へ導き、光素子４が受光素子である場合には、外部からコア２１に入射し、コア２１内部を伝播し、４５度傾斜反射面２４で反射された入射光を、コリメートして拡散するのを防止し、光素子４へ送る働きをする。

上記の基本構成とその機能は、図９〜１２に示した従来の光素子と光導波路からなる光情報処理装置と同じである。本実施の形態の光導波モジュール３０Ａの特徴は、光素子４と光導波路コア２１との光結合を形成するための前記位置合わせ手段が、ガラス基板１２に設けられていることである。すなわち、ガラス基板１２には、前記位置合わせ手段である凸部（ピン）３１が設けられ、光導波路上クラッド２２には、凸部（ピン）３１と凹凸嵌合する凹部３２が設けられている。

光電変換装置１０Ａの光素子４と光導波路２０Ａのコア２１は、凸部（ピン）３１と凹部３２との凹凸嵌合によって位置合わせされ、光結合される。このとき、光素子４と４５度傾斜反射面２４とが光軸を一致させて対向し、両者を結ぶ光軸上にレンズ部１３とレンズ部２５の中心が位置するように構成するのがよい。このようにすれば、光素子４が発光素子である場合には、出射光はレンズ部１３によって例えば平行光束にコリメートされて送り出され、その光はレンズ部２５によって光導波路２０Ａの４５度傾斜反射面２４に集光され、効率よく光導波路２０Ａのコア２１に導かれる。光素子４が受光素子である場合には、外部からコア２１に入射してコア２１内部を伝播し、４５度傾斜反射面２４で反射された入射光は、レンズ部２５によって例えば平行光束にコリメートされて光素子４側へ送り込まれ、その光はレンズ部１３によって光素子４の受光面に効率よく集光される。

従って、位置合わせ手段である凸部（ピン）３１、それと凹凸嵌合する凹部３２、およびレンズ部１３と２５のみを所定の精度で作製すれば、所望の精度で光素子４と光導波路コア２１との光結合を形成することができる。このように光結合に関与する部材が小型化するため、光結合の精度が向上し、低コスト化が可能になる。また、熱膨張率が低いものや、加工特性が優れているものなど、材料特性の優れた材料があれば、高価であっても用いることができ、さらに精度を向上させることができる。

また、ガラス基板１２及び／又は光導波路アレイ２０Ａにレンズ部１３及び／又はレンズ部２５などの光部品を形成する工程で同時に前記位置合わせ手段である凸部（ピン）３１や凹部３２を形成することができるため、位置合わせのために要する工程数を減らすことができることからも、コストダウンが可能となる。さらに、ガラス基板１２と、レンズ部１３およびレンズ部２５とを同一材料で形成すれば、熱膨張率の違いによる位置ずれをなくすことができる。

上述したように、光結合形成時には、光素子４と４５度傾斜反射面２４とを光軸を一致させて対向させるのがよく、ガラス基板１２の面方向における両者の位置を一致させるのがよい。この際、図１（ａ）に示すように、光導波路アレイ２０Ａの各光導波路の端面２４は揃っておらず、長さ方向にずれており、それに対応して各光素子４や、レンズ部１３の各レンズ位置も、光導波路の長さ方向にずれているのがよい。このようにすると、光素子４が発光素子である場合、発光素子間の距離を大きくとり、発光素子間の光干渉やクロストークを抑制することができる（特願２００４−５１３２参照。）。

また、光導波路アレイ２０Ａのコア２１およびクラッド２２、２３の構成材料は、特に限定されるものではないが、コア２１はＵＶ（紫外線）硬化樹脂からなり、クラッド２２および２３は光学用途射出成型樹脂、例えば、ゼオネックス（商品名）からなるのがよい。これらを構成材料として用いることで、安価に多量生産できるという利点がある（特願２００３−４２１７８８参照。）。

図２は、光電変換装置１０Ａの作製工程のフローを示す断面図である。なお、これらの断面図は、図１（ｂ）の断面図と同じ位置における断面図である。

まず、図２（ａ）に示すように、ガリウム砒素（ＧaＡs）などの半導体基板１の上に光素子４を形成する光電変換層２やコンタクト層などのその他の半導体層３（３Ａと３Ｂ）を積層して形成する。

次に、図２（ｂ）に示すように、素子間の領域の半導体層２および３Ｂなどを選択的に除去して、半導体層２および３Ｂをメサ構造に成形して光素子４を形成するとともに、素子間を分離する。次に、素子間を分離している分離溝にポリイミドなどからなる絶縁体層６を形成した後、光素子４の上面側にリフトオフ法などによって電極５を形成する。次に、電極５に補強材５１を貼り付ける。

次に、図２（ｃ）に示すように、半導体基板１の下面側（光素子４の光入出射側）を研削して、半導体基板１を薄板化する。

次に、図２（ｄ）に示すように、機械的強度を保つためのベースガラス１１を貼り付け、補強材５１を除去する。

次に、図２（ｅ）に示すように、ベースガラス１１に、レンズ部１３および凸部（ピン）３１が形成されたガラス基板１２を貼り付ける。

図３は、ガラス基板１２にレンズ部１３および凸部（ピン）３１を作製する工程を示す平面図である。レンズ部１３および凸部（ピン）３１は、ウエーハレベルでの半導体作製工程を応用することで、高精度に歩留まりよく形成することができる。より具体的には、グレイマスクを用いた三次元露光技術などによる三次元形状形成法などを応用する。

図１には、光素子４側および光導波路コア２１側の両方に、それぞれ、レンズ部１３および２５を設ける例を示したが、一方にのみレンズ部を設けてもよい。そのような例として、光素子４が発光素子である場合の光路の例を、本実施の形態の変形例として図４に示す。本実施の形態では光素子４と光導波路コア２１との距離が、凸部（ピン）３１による位置決めによって正確に決まるので、変形例のような光学系を容易に適用することができる。

実施の形態２
図５は、実施の形態２に基づく光電変換装置１０Ｂの下面側（光出射または入射側）の平面図（ａ）と断面図（ｂ）、および光導波モジュール３０Ｂの断面図（ｃ）である。なお、断面図（ｂ）および（ｃ）は、平面図（ａ）に５ｂ−５ｂ線で示した位置における断面図である。

図５（ｂ）に示すように、光電変換装置１０Ｂでは、光電変換装置１０Ａと同様、前記素子基体である素子基板７に、前記光電変換素子である光素子４が複数個、配置されている。光素子４は、面発光レーザー（ＶＣＳＥＬ）などの発光素子、またはフォトダイオードなどの受光素子である。

ただし、光電変換装置１０Ｂは、いくつかの点で光電変換装置１０Ａと異なっている。

その１つは、機械的強度を補強する役割をガラス基板１２に担わせることで、ベースガラス１１が省略されていることである。このようにすると、光素子４が発光素子である場合、発光領域からレンズ部１３までの距離を小さくすることによって、出射光の広がりを抑えることができる。

他の１つは、上記に対応して、ガラス基板１２の厚みをできるだけ多く残すように、レンズ部１５の周囲にはランド部１６が形成されていることである。ランド部１６の厚さをレンズ部１５の厚さより大きくしておくと、レンズ部１５がランド部１６によって保護され、レンズ部１５を損傷させることなく一般的な装置でハンドリングできるメリットもある。

また、前記位置合わせ手段であるピン３７がガラス基板１４と別体になっている。このような形態でもよい。

また、素子基板７にガラス基板１４を接合する際の位置合わせのために、双方にそれぞれ、アライメントマーク３４と３５が形成されている。これによって、素子基板７にガラス基板１４を接合する際の位置合わせが容易になる。

図６は、光電変換装置１０Ｂの作製工程のフローを示す断面図である。なお、これらの断面図は、図５（ｂ）の断面図と同じ位置における断面図である。

図６（ａ）〜（ｃ）の工程は実施の形態１と同じであり、これらの工程で光素子４が形成された薄型の素子基板７を作製する。この際、光素子４と同様にしてアライメントマーク３４を形成する。

次に、図６（ｄ）に示すように、素子基板７にレンズ部１５などが形成されたガラス基板１４を貼り付ける。このガラス基板１４は、実施の形態１と同様、ウエーハレベルでの半導体作製工程を応用することで、高精度に歩留まりよく形成することができる。

以上の相違点以外は実施の形態１と同様であるので、本実施の形態においても実施の形態１と同様の作用効果が得られるのは言うまでもない。

すなわち、位置合わせ手段であるピン３７、それと凹凸嵌合する凹部３６と３７、およびレンズ部１３と２５のみを所定の精度で作製すれば、所望の精度で光素子４と光導波路コア２１との光結合を形成することができる。このように光結合に関与する部材が小型化するため、光結合の精度が向上し、低コスト化が可能になる。また、熱膨張率が低いものや、加工特性が優れているものなど、材料特性の優れた材料があれば、高価であっても用いることができ、さらに精度を向上させることができる。

また、ガラス基板１４及び／又は光導波路アレイ２０Ｂにレンズ部１５及び／又はレンズ部２５などの光部品を形成する工程で同時に前記位置合わせ手段である凹部３６と３７を形成することができるため、位置合わせのために要する工程数を減らすことができることからも、コストダウンが可能となる。さらに、ガラス基板１４と、レンズ部１５およびレンズ部２５とを同一材料で形成すれば、熱膨張率の違いによる位置ずれをなくすことができる。

また、光素子４が発光素子である場合、光導波路アレイ２０Ｂの各光導波路の端面２４を長さ方向にずらし、それに対応して各発光素子４を長さ方向にずらして配置することで、発光素子間の距離を大きくとり、発光素子間の光干渉やクロストークを抑制することができる（特願２００４−５１３２参照。）。

また、光導波路アレイ２０Ａのコア２１およびクラッド２２、２３の構成材料は、特に限定されるものではないが、コア２１はＵＶ（紫外線）硬化樹脂からなり、クラッド２２および２３は光学用途射出成型樹脂、例えば、ゼオネックス（商品名）からなるのがよい。これらを構成材料として用いることで、安価に多量生産できるという利点がある（特願２００３−４２１７８８参照。）。

実施の形態３
実施の形態３は、実施の形態１で述べた光導波モジュール３０Ａを、特願２００３−４２０９７０で提案されているソケット１１０と同様のソケット６０に組み込んだ光情報処理装置の例である。

図７は、図１２に示したのと同じ位置における光情報処理装置の部分拡大断面図である。ソケット６０には、ソケット１１０と異なり、突起部１１３が設けられていない。また、ソケット６０の凹部６２の幅は、ソケット１１０の凹部１１２と異なり、光導波路アレイ２０Ａの幅より大きく作られている。

図１２の例では、光導波路アレイ１１１と、発光素子１２２及び／又は受光素子１２３とは、ソケット１１０に設けられた凹部１１２と突起部１１３の位置、およびターミナルピン凹部１１５の位置を位置基準として、ソケット１１０およびインターポーザー１２０を介して間接的に位置合わせされていた。このため、光導波路アレイ１１１と発光素子１２２及び／又は受光素子１２３との光結合の精度は、ソケット１１０およびインターポーザー１２０の作製精度に依存し、これが光結合の精度低下と高コスト化の原因になっていた。

それに対し、本実施の形態では実施の形態１で既述したように、位置合わせ手段である凸部（ピン）３１、それと凹凸嵌合する凹部３２、およびレンズ部１３と２５のみを所定の精度で作製すれば、所望の精度で光素子４と光導波路コア２１とを光結合することができる。このように光結合に関与する部材が小型化するため、光結合の精度が向上し、低コスト化が可能になる。また、熱膨張率が低いものや、加工特性が優れているものなど、材料特性の優れた材料があれば、高価であっても用いることができ、さらに精度を向上させることができる。

また、ソケット６０やインターポーザー１２０などは、位置合わせのための部材という制約がなくなるため、熱膨張係数等の制約がなくなるなど、本来の役割のみを考慮して設計を行うことができるため、これらの設計の自由度も大きくなる。

図８は、本実施の形態の変形例に基づく光情報処理装置の、図７と同じ位置における部分拡大断面図である。この例では、凸部（ピン）３１と凹部３２との凹凸嵌合による位置合わせの代わりに、光電変換装置１０Ｃに設けられた当接部４１と光導波路アレイ２０Ｃのクラッドとの当接（突き当て）によって位置合わせが行われる。図８には、光導波路アレイ２０Ｃの長さ方向の位置合わせを行う例を示したが、図示省略した当接部と光導波路アレイ２０Ｃの側部との当接によって、光導波路アレイ２０Ｃの幅方向の位置合わせも同時に行うことができる。

以上、本発明を実施の形態に基づいて説明したが、本発明はこれらの例に何ら限定されるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能であることは言うまでもない。

本発明の光導波モジュール、並びに、光電変換装置及び光導波部材は、電子機器間、電子機器内のボード間、とりわけボード内の半導体チップ間など、種々の箇所に適用可能な光配線システムにおいて好適に用いられ、高速、高密度、低コストの光伝送・光通信システムを構築するのに寄与することができる。

本発明の実施の形態１に基づく光電変換装置の下面側（光出射または入射側）の平面図（ａ）と断面図（ｂ）、および光導波モジュールの断面図（ｃ）である。 同、光電変換装置の作製工程のフローを示す断面図である。 同、光電変換装置の作製工程の１工程を示す平面図である。 同、変形例に基づく光路を示す説明図である。 本発明の実施の形態２に基づく光電変換装置の下面側（光出射または入射側）の平面図（ａ）と断面図（ｂ）、および光導波モジュールの断面図（ｃ）である。 同、同、光電変換装置の作製工程のフローを示す断面図である。 本発明の実施の形態３に基づく光情報処理装置の部分拡大断面図である。 同、変形例に基づく光情報処理装置の部分拡大断面図である。。 従来の、光配線による光信号伝送装置の一例を示す説明図である。 特願２００３−４２０９７０で提案されているソケットの概略斜視図である。 同、情報処理装置の製造方法の一部工程の概略平面図である。 同、光情報処理装置の、図１１（ｂ）に点線で示した領域を拡大して示す断面図である。

符号の説明

１…半導体基板、２…光電変換層、３、３Ａ、３Ｂ…その他の半導体層、
４…光素子、５…電極、６…絶縁体層、７…素子基板、
１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ…光電変換装置、１２、１４…ガラス基板、
１３、１５…レンズ部、１６…ランド部、２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ…光導波路アレイ、
２１…コア、２２…上クラッド、２３…下クラッド、２４…４５度傾斜反射面、
２５…レンズ部、３０Ａ，３０Ｂ…光導波モジュール、３１…凸部（ピン）、
３２…凹部、３３〜３５…アライメントマーク、３６、３８…凹部、３７…ピン、
４１…当接部、５１…補強材、６０…ソケット、６２…ソケット凹部、
１００…プリント配線基板、１０１…光導波路、１０２…入り口側端部、
１０３…出口側端部、１０４…発光素子（例えば面発光レーザー）、
１０５…受光素子（例えばフォトダイオード）、
１１０、１１０−１、１１０−２…ソケット、１１１…光導波路アレイ、
１１２…ソケット凹部、１１３…突起部、１１４…凸面、１１５…ターミナルピン凹部、
１１６…ターミナルピン凸部、１２０、１２０−１、１２０−２…インターポーザー、
１２１…再配線電極、１２２…発光素子アレイ、１２３…受光素子アレイ、
１２４、１２５…半導体集積回路チップ、１３０…プリント配線板、
２００…光情報処理装置

Claims (15)

1. 光電変換素子が形成された素子基体と、前記光電変換素子の出射光又は入射光を通す光透過性基体とが接合された光電変換装置と；前記出射光又は入射光を導く光導波部材と；を組み合わせてなる光導波モジュールにおいて、
   前記光電変換素子と前記光導波部材との光結合を形成するための位置合わせ手段が、 前記光透過性基体と前記光導波部材との間に設けられている
   ことを特徴とする、光導波モジュール。
2. 前記光透過性基体に、前記出射光又は入射光を通すレンズ部が、前記光電変換素子に対応して設けられている、請求項１に記載した光導波モジュール。
3. 前記位置合わせ手段が、前記光透過性基体又は前記光導波部材と一体に成形されている、請求項１に記載した光導波モジュール。
4. 前記位置合わせ手段が、前記光透過性基体又は前記光導波部材と凹凸嵌合又は当接されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載した光導波モジュール
5. 前記レンズ部が前記光透過性基体と一体成形されている、請求項２に記載した光導波モジュール。
6. 前記光導波部材に、前記レンズ部に対応したレンズ部が設けられている、請求項１に記載した光導波モジュール。
7. 光電変換素子が形成された素子基体と、前記光電変換素子の出射光又は入射光を通す光透過性基体とが接合された光電変換装置において、
   前記光電変換素子と、前記出射光又は入射光を導く光導波部材との光結合を形成する ための位置合わせ手段を固定する固定手段が、前記光透過性基体に設けられている
   ことを特徴とする、光電変換装置。
8. 前記光透過性基体に、前記出射光又は入射光を通すレンズ部が、前記光電変換素子に対応して設けられている、請求項７に記載した光電変換装置。
9. 前記位置合わせ手段が、前記光透過性基体と一体に成形されている、請求項７に記載した光導波モジュール。
10. 前記位置合わせ手段が、前記光透過性基体と凹凸嵌合又は当接されている、請求項７〜９のいずれか１項に記載した光導波モジュール
11. 前記レンズ部が前記光透過性基体と一体成形されている、請求項８に記載した光導波モジュール。
12. 光電変換素子の出射光又は入射光を導く光導波部材において、
    前記光電変換素子との光結合を形成するための位置合わせ手段を固定する固定手段を 有する
    ことを特徴とする、光導波部材。
13. 前記位置合わせ手段が、前記光導波部材と凹凸嵌合又は当接されている、請求項１２に記載した光導波部材。
14. 前記出射光又は入射光を通すレンズ部が設けられている、請求項１２に記載した光導波部材。
15. 光導波路又は光ファイバからなる、請求項１２に記載した光導波部材。

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