JP2006332253A - 光電変換素子 - Google Patents

Abstract

【課題】 素子と外部導波路とを直接的に高効率に光学接続ができ、素子の損傷及び汚損を抑制できる光電変換素子及びその製造方法を提供する。
【解決手段】 光電変換素子(1a)は、一面(S)から発光及び／又は受光する光機能を備える素子層(11)と、素子層(11)の一面(S)に接合され、且つ素子層(11)と光学接続された樹脂製のコア部(121)及びコア部を囲む樹脂製のクラッド部(122)を有する樹脂製導波路層(12)と、を備える。また、この素子では、外部電気回路と電気接続されることとなる電極部であるパッド部(14)を備え、パッド部(14)は素子層(11)の一面(S)に対する反対面に配置することができる。更に、素子層の厚さは１０００μｍ以下とすることができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、光電変換素子に関する。更に詳しくは、素子と外部導波路とを直接的に高効率に光学接続ができ、素子の損傷及び汚損を抑制できる光電変換素子に関する。

情報処理分野及び情報通信分野等において、扱われるデータ量等が増加しており、今後益々大きくなることが予測され、これに伴う通信速度の高速化が求められている。このため、電気信号に比べて処理速度が大きい光信号を用いた処理への移行が望まれている。特に近年は、光通信ケーブルに代表される伝達距離の長い信号伝達経路及びこれに付随する専用デバイスだけでなく、汎用電子機器内の基板及び電子部品等の接続等の短い信号伝達経路に関しても、電気伝送媒体から光伝送媒体への移行が検討されている。この新たな情報処理及び情報通信においては、光電変換素子と外部導波路と光学接続を欠かすことができず、より高い光学接続効率をより簡便且つ安価に得ることが求められている。

光電変換素子と外部導波路との光学的な接続形態としては、光電変換素子と外部導波路との間を空間を隔てて行うものが知られている（下記特許文献１参照）。また、光電変換素子と外部導波路との間に空間は隔てるものの、接続精度を向上させる手段として接続ガイドを設けた素子が知られている（下記特許文献２参照）。更に、光電変換素子と外部導波路とを直接的に光学接続できる形態としてガラス等の融着層を介して接続するものが知られている（下記特許文献３参照）。また、素子の発光面及び受光面に集光レンズを設けた素子も知られている。

特開２０００−３３２３０１号公報（第１０頁、第７図など） 特開２００２−３３５４６号公報（第９頁、第１図など） 特開２００２−１０７５８１号公報（第８頁、第１図など）

上記特許文献１の接続形態は、光電変換素子に損傷を与えることがない点においては優れるが、空間を介しながら正確に光学接続するのは難しく、位置精度を確保するためにコスト面及び精度面における課題がある。また、空気層を介するため直接的な接続に比べて屈折率差及び光の散乱等を生じ光学接続効率において更なる高効率が得られる余地がある。また、上記特許文献２の素子によると、接続ガイドを備えることで接続精度は向上される。しかし、上記光学接続における高効率化の問題については同様の課題がある。更に、上記特許文献３の素子では、素子の発光部分等の重要な機能部分が保護されており、外部導波路と直接的な光学接続を行うことができるものの、実際の接続にあたっては素子全体の割れを十分に防止することができず、特に接続効率に優れる圧着接続を行うことが困難であるという課題がある。また、上記集光レンズを設けた素子では、光学接続効率は優れるものの、実際に指向性を有するレーザー光等が発せられる発光面において、その光軸上にレンズの中心を配置させることは難しく、ずれ許容度が小さいため位置精度を確保することが特に難しく、そのためにコスト面及び精度面における課題がある。
更に、近年素子自体の小型化が急速に進み、素子自体が薄層化され、素子自体で直接接続に適した機械的強度が確保されなくなる傾向にある。

本発明は上記課題を解決するものであり、高効率に光学接続ができ、素子の損傷及び汚損を抑制できる光電変換素子を提供することを目的とする。

即ち、本発明は以下の通りである。
（１）一面から発光する発光機能及び一面から受光する受光機能のうちの少なくとも一方の光機能を備える素子層と、
該素子層の該一面に接合され、且つ該素子層と光学接続された樹脂製のコア部及び該コア部を囲む樹脂製のクラッド部を有する樹脂製導波路層と、を備えることを特徴とする光電変換素子。
（２）一面から発光する発光機能及び一面から受光する受光機能のうちの少なくとも一方の光機能を備える素子層と、
該素子層の該一面に接合され且つ透光性を有する硬化樹脂製緩衝層と、を備えることを特徴とする光電変換素子。
（３）外部電気回路と電気接続されることとなる電極部を備え、該電極部は上記素子層の上記一面に対する反対面に配置されている上記（１）又は（２）に記載の光電変換素子。
（４）上記素子層は、厚さが１０００μｍ以下である上記（１）乃至（３）のうちのいずれかに記載の光電変換素子。

本発明の素子層に光学接続された樹脂製導波路層を備える光電変換素子によれば、樹脂製導波路層(12)を素子層(11)と一体的に備えるため、素子層(11)と、樹脂製導波路層(12)のコア部(121)と、外部導波路(2)のコア部(21)とを各々直接接合でき、高い光学接続効率が得られる（図１及び図４参照）。また、特に樹脂製導波路層(12)を備えるために、外部導波路(2)との接続により素子層(11)を損傷することがない（図４参照）。更に、本光電変換素子と外部導波路とは圧着接続（ＰＣ接続）することができる。このため光電変換素子と外部導波路との間に空気層が形成されることを防止でき、高い光学接続効率が得られる。更に、圧着接続を行う際には圧着に伴う光電変換素子への衝撃をやわらげることができ、より適切な圧力付与を行うことができる。このため高い光学接続効率を得ることができる。更に、製造時に素子層から樹脂製導波路層までを一括作製できる。特に本光電変換素子はウエハレベルで樹脂製導波路層を形成できる。このため後工程で素子層上にレンズを接合する場合等に比べて、素子層と樹脂製導波路層のコア部との接合精度が高い。また、例えば、樹脂製導波路層の形成に用いるマスク及び位置指標等は、素子層製造時に用いるものと共通化できる部分が多く、高い精度で且つ簡便に素子層と樹脂製導波路層のコア部との光学接続を行うことができる。更に、このように一括作製された光電変換素子では、その後の加工工程や流通工程において素子層の損傷及び汚損等が防止される。

本発明の素子層に接合された硬化樹脂製緩衝層を備える光電変換素子によれば、硬化樹脂製緩衝層を素子層と一体的に備えるため、素子層と硬化樹脂製緩衝層と外部導波路とを各々直接接合でき、高い光学接続効率が得られる。また、特に硬化樹脂製緩衝層を備えるために、外部導波路との接続により光機能を発現するための重要な部分（発光部及び受光部など）を損傷することがない。更に、本光電変換素子と外部導波路とは圧着接続（ＰＣ接続）することができる。このため光電変換素子と外部導波路との間に空気層が形成されることを防止でき、高い光学接続効率が得られる。更に、圧着接続を行う際には圧着に伴う光電変換素子への衝撃をやわらげることができ、より適切な圧力付与を行うことができる。このため高い光学接続効率を得ることができる。更に、製造時に素子層から硬化樹脂製緩衝層までが一貫製造された光電変換素子では、その後の加工工程や流通工程において素子層の損傷及び汚損等を防止できる。

上記各本発明の光電変換素子において、外部電気回路と電気接続されることとなる電極部（以下、単に「パッド部」という）(14)が素子層(11)の上記一面(S)に対する反対面に配置されている場合は、光電変換素子をフリップチップ実装｛外部電気回路(3)の備える電極(31)とパッド部(14)とをハンダボール(4)により接続する等｝することができ、高い電気的整合性が得られる（図４参照）。また、素子層と外部導波路とをより確実に光学接続できる。即ち、パッド部(14)と上記一面（発光面及び／又は受光面する光機能面）(S)とが同一面に配置されていると、パッド部(14)と外部電気回路(3)との電気接続のためのボンディングワイヤ(5)等が光機能面(S)と同じ面に配設され、このボンディングワイヤ(5)等が障害となり外部導波路(2)を素子層(11)へ直接接合することが困難な場合がある（図６参照）。これに対してパッド部と上記一面とが反対面に配置されていると、外部電気回路との接続に影響されることなく、素子層と外部導波路とを光学接続できる。
また、素子層の厚さが１０００μｍ以下である場合は、樹脂製導波路層又は硬化樹脂製緩衝層を備えることによる素子層の損傷抑制効果が特に顕著に得られる。このため、この光電変換素子では、従来困難であった圧着接続を行うことができる。

以下、本発明を詳しく説明する。
［１］光電変換素子（樹脂製導波路層を備える素子）
本発明の光電変換素子(1a)は、一面から発光する発光機能及び一面から受光する受光機能のうちの少なくとも一方の光機能を備える素子層(11)と、
素子層(11)の上記一面に接合され、且つ素子層(11)と光学接続された樹脂製のコア部(121)及びコア部を囲む樹脂製のクラッド部(122)を有する樹脂製導波路層(12)と、を備えることを特徴とする。
即ち、素子層(11)と樹脂製導波路層(12)とを備える（図１参照）。

上記「素子層」は、少なくとも光機能を有する部分である。上記「光機能」とは、発光機能及び受光機能のうちの少なくとも一方の機能である。この発光機能は素子層の厚さ方向の一面から発光することができる機能（いわゆる面型発光）である。また、受光機能は素子層の厚さ方向の一面から受光することができる機能である。更に、この発光機能及び受光機能は、各々少なくとも上記一面から行うことができればよく、例えば、素子層の多面から発光及び／又は素子層の多面から受光できてもよく、素子層全体から発光及び／又は素子層全体から受光できてもよい。

また、発光機能は、素子層に入力される電気信号に従って発光を行うことができる機能であり、入力された電気信号を光信号へと変換する機能でもある。発光により発する光の波長は特に限定されないが、本発明の光電変換素子では、通常、４００〜２０００ｎｍ（更には６００〜１８００ｎｍ、特に８００〜１６００ｎｍ）の光を発することができる。
尚、素子層内での発光原理等は特に限定されない。即ち、例えば、素子層内に配置された活性層などへ電圧の印加により活性層（１層のみからなってもよく、２層以上からなってもよい）自体が発光してもよく、一次活性層の活性化によって得られる一次光が二次活性層を活性化して得られる発光等であってもよい。また、ミラー層部（１層のみからなってもよく、２層以上からなってもよい）を備えてもよく、備えなくてもよい。ミラー層部を備える場合は、通常、反射率の異なる２つのミラー層部が活性層を挟んで対向されて配置される。発光方向、即ち、上記一面は、反射率の低い側のミラー層部の配置により決定できる。更に、素子層は基板部を有してもよく、基板部を有さなくてもよい。基板部を有する場合には、基板部は素子層から発せられる光に対して透光性を有していてもよく、透光性を有していなくてもよい。

更に、受光機能は、素子層に入力される光を受光して発電を行うことができる機能であり、入力された光信号を電気信号へと変換する機能でもある。感知できる光の波長は特に限定されないが、本発明の光電変換素子では、通常、４００〜２０００ｎｍ（更には６００〜１８００ｎｍ、特に８００〜１６００ｎｍ）の光とすることができる。

また、素子層は、上記発光機能のみを有してもよく、受光機能のみを有してもよく、発光機能と受光機能との両方を有してもよい。更に、例えば、素子層内に発光する発光機能部を有する場合、この発光機能部は１つのみを備えてもよく、２つ以上を備えてもよい。２つ以上を備える場合とは、即ち、例えば、波長の異なる光を発することができる場合等である。同様に、受光機能部を備える場合、この受光機能部は１つのみを備えてもよく、２つ以上を備えてもよい。２つ以上を備える場合とは、即ち、例えば、波長の異なる光を受光できる場合等である。

素子層の厚さ（最小厚さ）は特に限定されないが、通常、１〜２０００μｍである。このうち素子層の厚さが１０００μｍ以下（更には１〜５００μｍ、特に１〜３００μｍ、とりわけ１〜８０μｍ）である光電変換素子においては樹脂製導波路層を備えることによる効果を特に顕著に得ることができる。厚さが１０００μｍ以下である素子層としては、基板部（例えば、ＧａＡｓ系半導体層、ＧａＮ系半導体層、Ｓｉ系半導体層、ＩｎＰ系半導体層等）を有さない素子層が挙げられる。通常の面型発光素子等は、発光面(S)に少なくとも一つのパッド部(14)とが同じ側の面に配置される（図５参照）。これに対して、基板部を有さない素子層とは、基板部を剥離し、スルーホール導体部(1103)により光機能面とを反対面にパッド部(14)を配置させた素子層（図３参照）等である。即ち、例えば、図３の素子層(11a)は、図５の素子層(11b)から基板部(117)を取り除き、スルーホール導体部(1103)により上部電極部(1102)と下部電極部(1101)とを接続した構造となっている。
素子層の構成は特に限定されず、上記活性層、上記ミラー層及び上記基板部等以外にも、電流狭窄層（発光効率を向上させるために電流流路を狭窄する層）等を備えることができる。

上記「樹脂製導波路層」は、素子層の上記一面に接合され、且つ素子層と光学接続された樹脂製のコア部及びコア部を囲む樹脂製のクラッド部を有する層である。
この樹脂製導波路層は、素子層の上記一面に接合されている。即ち、発光面及び／又は受光面に接合されている。この接合は、樹脂製導波路層自体の接合力によって接合されていてもよく、接合層（屈折率整合特性を有する接着硬化層等、即ち、例えば、屈折率整合材等）を介して素子層と樹脂製導波路層とが接合されていてもよい。

上記「コア部」は、樹脂製であり、樹脂製導波路層のうちクラッド部に囲まれることにより光の通路となっている部分である。このコア部はクラッド部よりも屈折率が大きく（通常、０．２％以上）なっており、コア部内に光を閉じ込めて伝搬させることができる。このため、素子層からの光（発光）及び素子層への光（受光）の散乱が防止でき、特に外部導波路と素子層との間での光の散乱を防止でき、高い光学的な接続効率が得られる。

このコア部の屈折率は、コア部を構成する樹脂の種類及びその種類の数に関わらず、コア部の全体が略均一であってもよいし、部分的に異なっていてもよい。屈折率の異なる部分を有するコア部とは、例えば、コア部の中心部の屈折率が最大となっており、クラッド部に近づくに従い（外側ほど）屈折率が小さくなっている場合等である。また、屈折率は、異種の樹脂間で異なることもあれば同じであることもあり、更には同じ単量体に由来する樹脂であってもその重合度により変化する。このため、均一な屈折率の部分及び屈折率の異なる部分は、各々同種の樹脂から得てもよく、異種の樹脂から得てもよい。

コア部の光に対する透過特性は特に限定されず、例えば、赤外線（近赤外線を含む）、可視光線及び紫外線等、どのような光が透過できるものであってもよい。なかでも、特に近赤外線（０．７〜２５μｍ）が透過できるものであることが好ましく、更には近赤外線（０．７〜２μｍ）の透過に適したものであることがより好ましい。

また、コア部の形状は特に限定されない。即ち、例えば、コア部の断面形状（光の伝搬方向に対する断面）も特に限定されず、円形、四角形（正方形及び矩形など）、四角形以外の他の多角形、及び楕円形などとすることができる。
また、コア部の大きさは特に限定されないが、例えば、断面形状が円形である場合には１つのコア部の直径は３〜１００μｍ（更には５〜８０μｍ、特に８〜６０μｍ）とすることができる。更に、コア部の厚さは特に限定されないが、通常、樹脂製導波路層全体の厚さと同じであり、例えば、５〜１０００μｍ（更には１０〜５００μｍ、特に２０〜３００μｍ）とすることができる。

また、コア部は、樹脂製導波路層内に１つのみを有していてもよく、２つ以上を有していてもよい。即ち、例えば、前記発光機能部を２つ以上備える場合には、各発光機能部に対応する各コア部を備えることができる。また、発光機能部と受光機能部との両方を備える場合には、発光機能部に対応するコア部と、受光機能部に対応するコア部とを備えることができる。更に、コア部を２つ以上備える場合に、これらのコア部を構成する材料及び形状等は、互いに同じであってもよく、異なっていてもよい。

上記「クラッド部」は、コア部の光入出力端面を除く部分を取り囲む部分である。また、このクラッド部はコア部との界面においてコア部内を伝搬する光を反射する部分である。このクラッド部は、例えば、コア部に比べて屈折率を小さく（通常、０．２％以上）することで、上記反射させる作用を得ることができる。

上記「樹脂製」とは、有機高分子材料からなることを意味する。上記コア部及び上記クラッド部を構成する樹脂の種類は特に限定されないが、例えば、シリコーン系樹脂、ゴム系樹脂（例えば、ブタジエン等が含有される）、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、ポリイミド系樹脂、フッ素樹脂、ビスマレイミド系樹脂、ポリフェニレンエーテル系樹脂、フェノール系樹脂、ウレタン系樹脂、ポリエステル系樹脂、フェノキシ系樹脂及びポリオレフィン系樹脂等を用いることができる。更に、これらの各樹脂の備える水素原子の少なくとも一部がハロゲン原子に置換された各ハロゲン化樹脂（Ｆ、Ｃｌ及びＢｒの少なくとも１種による置換が好ましく、Ｆによる置換が特に好ましい）、これらの樹脂の備える少なくとも一部の水素原子が重水素原子に置換された各重水素化樹脂等が挙げられる。これらのなかでも、シリコーン系樹脂、ゴム系樹脂、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、ハロゲン化アクリル系樹脂、ハロゲン化エポキシ系樹脂、重水素化アクリル系樹脂、及び、重水素化エポキシ系樹脂が好ましい。コア部及びクラッド部を構成する樹脂は各々１種のみを用いてもよく、２種以上を併用してもよい。また、コア部を構成する樹脂とクラッド部を構成する樹脂とは同じであってもよく、異なっていてもよい。

本発明の光電変換素子は、樹脂製導波路層を備えるため、光電変換素子と外部導波路とを光接続する際に、空気層が形成されないように圧着接続する際の圧着力をより小さくすることができる。即ち、光電変換素子と外部導波路とを接続する際にこれらの間に残存され易い空気を排除するために圧着接続が多く用いられる。空気の排除によりフレネル反射による光接続効率低下を抑制できるからである。しかし、通常、光ファイバ同士をフェルールにより接続する場合に要する圧着力は光ファイバ１芯あたり９．８Ｎ（１ｋｇｆ）程度と大きい。このため、厚さの薄い光電変換素子において同様な圧着接続を行うと素子自体が損傷を受けることとなる。しかし、本発明の光電変換素子では、樹脂性導波路層が緩衝層として機能し、従来の光電変換素子におけるよりも低い圧着力で空気層を排除でき、光電変換素子の損傷を防止しつつ、高い光接続効率を保つことができる。
この緩衝作用を十分に発揮させるために、樹脂製導波路層の弾性率は４０００ＭＰａ以下（好ましくは１００ＭＰａ以下、より好ましくは２ＭＰａ以下、更に好ましくは１ＭＰａ以下、特に好ましくは０．１〜１ＭＰａ）であることが好ましい。尚、この弾性率はＪＩＳ Ｋ ７１８１の圧縮弾性率によるものとする。

本発明の樹脂製導波路層を備える光電変換素子では、上記素子層及び上記樹脂製導波路層以外にも他部を備えることができる。他部としては、通常、光機能を発現させるための電極を有する。
「光機能を発現させるための電極」とは、発光機能では発光するための外部電気回路から発せられた電気信号を光機能部等へ印加するため等に用いられる電極である。また、受光機能においては受光機能部等へ入力された光信号が変換された電気信号を取り出すため等に用いられる電極である。この電極の構成は特に限定されないが、通常、配線部及びパッド部等を備えることができる。更に、これら以外にもスルーホール導体部及びビア導体部等を備えることができる。このうち、パッド部とは、外部電気回路と電気接続されることとなる部分である。即ち、例えば、ハンダボールと接合されることとなる部分、ボンディングワイヤと接合されることとなる部分などである。このパッド部は、電極内においてこの幅広に形成することができる。

このパッド部を備える場合、パッド部は素子層の上記一面（発光面及び／又は受光面）に配置してもよく、素子層の上記一面に対する反対面に配置してもよい。これらのうちでは、反対面に配置されていることが好ましい。パッド部が上記一面に形成されている場合は、電極と外部電気回路とを電気接続するために、パッド部にボンディングワイヤ等が配設されることとなる。このボンディングワイヤが配設されているとフリップチップ実装を行うことが困難となる場合がある。また、このボンディングワイヤは外部導波路（光ファイバ等）を素子層へ接続しようと近接させる際に障害となり近接が困難となることがある。これに対して、パッド部が素子層の上記一面と反対面に配置されている場合は、上記問題はいずれも生じず、フリップチップ実装を行うことができ、また、外部導波路を接合する際に影響されることがない。従って、フリップチップ実装を行う場合、及び、外部導波路との接合に困難を来す場合には、パッド部は素子層の上記一面とは反対面に配置されていることが好ましい。フリップチップ実装を行うことにより、より高い電気的整合性が得られ、より応答性が向上され、光電変換素子を配設する配線基板及びモジュール等をより小型化できる。

この電極を構成する材料は特に限定されず、各部で同じであってもよく、異なっていてもよい。また、無機材料であってもよく、有機材料であってもよく、これらの複合材料であってもよいが、通常、無機材料である。即ち、例えば、金、銀、銅、白金、ニッケル、クロム、チタン、アルミニウム、タングステン及びモリブデン等が挙げられる。これらは１種のみを用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
また、この電極はどのような方法で形成されたものであってもよい。即ち、例えば、スパッタ法、イオンプレーティング法、蒸着法（ＣＶＤ法及びＰＶＤ法等を含む）、気相成長法及びめっき法等と、フォトリソグラフィ法等のパターニング法を併用して得ることができる。

本発明の光電変換素子は、素子層、樹脂製導波路層及び電極以外にも他部を備えることができる。他部としてはアライメントマーク及びダミーバンプ（高さ合わせや傾き防止用など）等が挙げられる。

［２］光電変換素子（硬化樹脂製緩衝層を備える素子）
本発明の光電変換素子(1b)は、一面から発光する発光機能及び一面から受光する受光機能のうちの少なくとも一方の光機能を備える素子層(11)と、
素子層(11)の上記一面に接合され且つ透光性を有する硬化樹脂製緩衝層(13)と、を備えることを特徴とする。
即ち、素子層(11)と硬化樹脂製緩衝層(13)とを備える（図２参照）。このうち、上記素子層は、前記樹脂製導波路を備える光電変換素子における素子層をそのまま適用できる。

上記「硬化樹脂製緩衝層」は、素子層の上記一面に接合され、透光性を有し、且つ、硬化性樹脂が硬化されてなる層である。また、この硬化樹脂製緩衝層は、導波路構造（即ち、コア部と該コア部を囲むクラッド部とからなる構造）を有してもよい（導波路構造を有する場合は前記［１］の光電変換素子となる）が、導波路構造を有さないものとすることができる。以下、導波路構造を有さない光電変換素子について説明する。
この硬化樹脂製緩衝層が素子層の上記一面に接合されていることについては、前記樹脂製導波路層と同様である。
また、この硬化樹脂製緩衝層は導波路構造を有さない。即ち、コア及びクラッドを有さないものであり、この点において前記樹脂製導波路層と異なる。
更に、硬化樹脂製緩衝層は透光性を有する。即ち、本発明の光電変換素子の発する光又は受光する光に対する透光性を意味する。これらの目的とする光以外の光に対しては透光性を有していてもよく、有していなくてもよい。この目的とする光の種類は特に限定されず、例えば、赤外線（近赤外線を含む）、可視光線及び紫外線等が挙げられる。これらのなかでも、特に近赤外線（０．７〜２５μｍ）が透過できるものであることが好ましく、更には近赤外線（０．７〜２μｍ）の透過に適したものであることがより好ましい。また、透光率は高いことが好ましく、目的とする波長の光に対する透光率が９０％以上（より好ましくは９５％以上、更に好ましくは９９％以上）であることが好ましい。

更に、硬化樹脂製緩衝層は、硬化性樹脂が硬化されてなる層である。即ち、硬化性を有する有機高分子材料からなることを意味する。この硬化性についてはどのような手段によるものであってもよい。即ち、例えば、光硬化性でもよく、熱硬化性でもよく、これらの両方の特性を有していてもよい。
また、硬化樹脂の種類は特に限定されないが、例えば、シリコーン系樹脂、ゴム系樹脂（例えば、ブタジエン等が含有される）、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、ポリイミド系樹脂、フッ素樹脂、ビスマレイミド系樹脂、ポリフェニレンエーテル系樹脂、フェノール系樹脂、ウレタン系樹脂、ポリエステル系樹脂及びフェノキシ系樹脂等が挙げられる。更に、これらの各硬化樹脂の備える水素原子の少なくとも一部がハロゲン原子に置換された各ハロゲン化樹脂（Ｆ、Ｃｌ及びＢｒの少なくとも１種による置換が好ましく、Ｆによる置換が特に好ましい）、これらの硬化樹脂の備える少なくとも一部の水素原子が重水素原子に置換された各重水素化樹脂等が挙げられる。これらのなかでも、シリコーン系樹脂、ゴム系樹脂、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、ハロゲン化アクリル系樹脂、ハロゲン化エポキシ系樹脂、重水素化アクリル系樹脂、及び、重水素化エポキシ系樹脂が好ましい。これらの硬化樹脂は各々１種のみを用いてもよく、２種以上を併用してもよい。

本発明の光電変換素子は、前記樹脂製導波路層を備える場合と同様に、硬化樹脂製緩衝層を備えるために、光電変換素子と外部導波路とを光接続する際に、空気層が形成されないように圧着接続する際の圧着力をより小さくすることができる。
この緩衝作用を十分に発揮させるために、樹脂製導波路層の弾性率は４０００ＭＰａ以下（好ましくは１００ＭＰａ以下、より好ましくは２ＭＰａ以下、更に好ましくは１ＭＰａ以下、特に好ましくは０．１〜１ＭＰａ）であることが好ましい。尚、この弾性率はＪＩＳ Ｋ ７１８１の圧縮弾性率によるものとする。

硬化樹脂製緩衝層を備える光電変換素子では、上記素子層及び上記硬化樹脂製緩衝層以外にも他部を備えることができる。他部としては、通常、光機能を発現させるための電極を有する。この電極については、前記樹脂製導波路層を備える光電変換素子における電極をそのまま適用できる。

［３］光電変換素子の製造方法
本発明の各光電変換素子を製造する方法は特に限定されず、種々の方法を用いることができる。上記本発明の光電変換素子のうち樹脂製導波路層を備える光電変換素子は、例えば、一面から発光する発光機能及び一面から受光する受光機能のうちの少なくとも一方の光機能を備える樹脂製導波路未形成素子層の該一面に、光硬化性及び熱硬化性を有するコアクラッド共通未硬化樹脂を塗布するコアクラッド共通未硬化樹脂塗布工程と、該コアクラッド共通未硬化樹脂の一部を露光して、半硬化コア部を形成する半硬化コア部形成工程と、該半硬化コア部形成工程を経た後の該コアクラッド共通未硬化樹脂を加熱して上記コア部及び上記クラッド部を形成する加熱硬化工程と、を備える製造方法により得ることができる。この製造方法によれば、簡便且つ確実に樹脂製導波路層を備える光電変換素子を得ることができる。

この製造方法では、上記コアクラッド共通未硬化樹脂塗布工程を行う前の上記樹脂製導波路未形成素子層は個々に切り出す前のウエハ形状であり、上記コアクラッド共通未硬化樹脂塗布工程の上記塗布は、該樹脂製導波路未形成素子層が複数形成されているウエハに対して行うことができる。この場合は、全ての導波路未形成素子層の表面により均質に未硬化樹脂の塗布を行うことができる。
更に、この製造方法では、上記コアクラッド共通未硬化樹脂塗布工程は、スピンコート塗布により行うことができる。この場合は、特に簡便に、低コストで均質且つ厚さの薄い未硬化層を形成できる。更に、この未硬化層を用いて形成された樹脂製導波路層では、特に高い透過効率を得ることができる。

また、この製造方法においては、通常、半硬化コア部をパターニングするために露光の際にマスクを用いる。コアクラッド共通未硬化樹脂の塗布をウエハに対して行った場合には、ウエハの製造過程の各種フォトリソ工程や薄膜形成工程等で用いるマスク、位置指標及び／又は位置合わせ方法等と、上記半硬化コア部を形成する際に用いるマスク、位置指標及び／又は位置合わせ方法等と、を共通化できる。従って、例えば、光機能部の製造に用いたフォトリソマスク及び／又はフォトリソマスク用位置指標等をそのまま用いることで、光機能部に正確に対応した部位に半硬化コア部を形成することができる。このため、光機能部とコア部との位置整合精度が高く光学的な接続効率を向上させることができる。また、製造上においてもより簡便且つ確実に光学接続効率の高い素子を製造できる。

更に、本発明の硬化樹脂製緩衝層を備える光電変換素子を製造する他の方法を用いることができる。即ち、例えば、一面から発光する発光機能及び一面から受光する受光機能のうちの少なくとも一方の光機能を備える樹脂製導波路未形成素子層の該一面に、光硬化性を有するコア用未硬化樹脂を塗布するコア用未硬化樹脂塗布工程と、該コア用未硬化樹脂の一部を露光して上記コア部を形成するコア部形成工程と、該コア部形成工程で露光していないコア用未硬化樹脂を除去する未露光部除去工程と、該未露光部除去工程を経た後に、該樹脂製導波路未形成素子層の該一面にクラッド用未硬化樹脂を塗布するクラッド用未硬化樹脂塗布工程と、上記クラッド用未硬化樹脂を硬化させてクラッド部を形成するクラッド部形成工程と、を備える製造方法により得ることができる。この製造方法によれば、簡便且つ確実に上記樹脂製導波路層を備える光電変換素子を得ることができる。

また、この製造方法では、上記コア用未硬化樹脂塗布工程を行う前の上記樹脂製導波路未形成素子層は個々に切り出す前のウエハ形状であり、上記コア用未硬化樹脂塗布工程の上記塗布は、該樹脂製導波路未形成素子層が複数形成されているウエハに対して行うことができる。この場合は、コア用未硬化樹脂塗布工程における塗布をウエハに対して行う場合は、全ての導波路未形成素子層の表面により均質に未硬化樹脂の塗布を行うことができる。更に、上記コア用未硬化樹脂塗布工程は、スピンコート塗布により行うことができる。
更に、この製造方法では、上記コア用未硬化樹脂塗布工程は、スピンコート塗布により行うことができる。この場合は、特に簡便に、低コストで均質且つ厚さの薄い未硬化層を形成できる。更に、この未硬化層を用いて形成された樹脂製導波路層では、特に高い透過効率を得ることができる。

以下、図１、図２及び図３を用いて本発明を具体的に説明する。
本実施形態の光電変換素子(1a)（図１参照）は、発光機能のみを備える光電変換素子である。この光電変換素子は、素子層(11)と樹脂製導波路層(12)とを備える。
素子層(11)は、下部電極部(1101)と、下部ミラー層部(1111)と、電流狭窄層部(114)と、素子層下部クラッド層部(1121)と、活性層部(113)と、素子層上部クラッド層部(1122)と、絶縁層部(115)と、上部ミラー層部(1112)と、スルーホール導体部(1103)と、上部電極部(1102)とを備える。
一方、樹脂製導波路層(12)は、コア部(121)とクラッド部(122)とを備える。

上記素子層(11)のうち、下部ミラー層部(1111)は、組成の異なる２種のｐ型ＡｌＧａＡｓ層が交互に積層された分布ブラッグ反射鏡からなる。
電流狭窄層部(114)は、中心部はｐ型ＡｌＡｓ層であり、他部は酸化ｐ型ＡｌＡｓ層である酸化狭窄型電流狭窄層からなる。
素子層下部クラッド層部(1121)及び素子層上部クラッド層部(1122)は、ノンドープＡｌＧａＡｓの半導体膜からなる。
活性層部(113)は、ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓで形成した量子井戸構造膜からなる。
上部ミラー層部(1112)は、組成の異なる２種のｎ型ＡｌＧａＡｓ層が交互に積層された分布ブラッグ反射鏡からなる。
素子層上部クラッド部(1122)から下部ミラー層部(1111)までの部分は円柱状をなし、その周囲は絶縁層部(115)に囲まれている。
下部ミラー層部(1111)と絶縁層部(115)との表面には下部電極部(1101)が設けられている。一方、上部ミラー部(1112)の表面には中央部を除く領域に上部電極部(1102)が設けられている。上部電極部(1102)が設けられていない中央部は光出射部(116)として機能する。
上部電極部(1102)はスルーホール導体部(1103)により下部電極部(1101)へと接続されている。これにより、上部電極部(1102)に外部電気回路(3)を直接接続することなく光電変換素子(1a)への電圧の印加が可能となっている。即ち、下部電極部(1101)はパッド部(14)として機能し、パッド部(14)は光機能面(S)の反対面に配置されている。

上記樹脂製導波路層(12)のうち、コア部(121)は、ウエハレベルでスピンコート塗布したエポキシ樹脂をフォトリソ工程を用いて硬化させてなる部分である。一方、クラッド部は、コア部を形成したのちに同様にスピンコートしたエポキシ樹脂を硬化させてなる部分である。

本他の実施形態の光電変換素子(1b)（図２参照）は、素子層(11)と硬化樹脂製緩衝層(13)とを備える。素子層(11)は、前記光電変換素子(1a)における素子層(11)と同様である。一方、上記硬化樹脂製緩衝層(13)は、ウエハレベルでスピンコート塗布したエポキシ樹脂を硬化させてなる部分である。

本発明の光電変換素子及びその製造方法は、光通信分野、電気電子分野等において広く利用される。例えば、パーソナルコンピュータ、サーバーコンピュータ、通信機器装置（ルータ及びサーバ等）、これらが接続されたＬＡＮ及びＷＡＮ等で利用される。特に、これらの光インターコネクションに用いる光電変換素子として好適である。この光電変換素子が発光機能を備える場合には、ＶＣＳＥＬ、ＬＥＤ及びＬＤ等として用いられる。また、光電変換素子が受光機能を備える場合には、ＰＤ及びＡＰＤ等として用いられる。

本発明の樹脂製導波路層を備える光電変換素子の一例の断面を模式的に示す説明図である。 本発明の硬化樹脂製緩衝層を備える光電変換素子の一例の断面を模式的に示す説明図である。 本発明の光電変換素子の一部を構成することができる素子層の一例の断面を模式的に示す説明図である。 本発明の樹脂製導波路層を備える光電変換素子が配線基板にフリップチップ実装され、且つ外部導波路が光学接続されたモジュールの一例の断面を模式的に示す説明図である。 本発明の光電変換素子の一部を構成することができる素子層の他例の断面を模式的に示す説明図である。 光機能面と電極とが同一面に配置され、配線基板をボンディングワイヤ接続されている場合に、外部導波路を光機能面に近接させることが困難となる例を説明する説明図である。

符号の説明

１、１ａ及び１ｂ；光電変換素子、１１；素子層、１１０１；下部電極部、１１０２；上部電極部、１１０３；スルーホール導体部、１１１１；下部ミラー層部、１１１２；上部ミラー層部、１１２１；素子層下部クラッド部、１１２２；素子層上部クラッド部、１１３；活性部、１１４；電流狭窄部、１１５；絶縁部、１１６；光出射部、１１７；基板部、１２；樹脂製導波路層、１２１；コア部、１２２；クラッド部、１３；硬化樹脂製緩衝層、１４；パッド部（外部電気回路と電気接続されることとなる電極部）２；外部導波路、２１；外部導波路のコア部、２２；外部導波路のクラッド部、３；外部電気回路、３１；外部電気回路の電極、４；ハンダボール、５；ボンディングワイヤ。

Claims (4)

1. 一面から発光する発光機能及び一面から受光する受光機能のうちの少なくとも一方の光機能を備える素子層と、
   該素子層の該一面に接合され、且つ該素子層と光学接続された樹脂製のコア部及び該コア部を囲む樹脂製のクラッド部を有する樹脂製導波路層と、を備えることを特徴とする光電変換素子。
2. 一面から発光する発光機能及び一面から受光する受光機能のうちの少なくとも一方の光機能を備える素子層と、
   該素子層の該一面に接合され且つ透光性を有する硬化樹脂製緩衝層と、を備えることを特徴とする光電変換素子。
3. 外部電気回路と電気接続されることとなる電極部を備え、該電極部は上記素子層の上記一面に対する反対面に配置されている請求項１又は２に記載の光電変換素子。
4. 上記素子層は、厚さが１０００μｍ以下である請求項１乃至３のうちのいずれかに記載の光電変換素子。

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