JP2007258667A - 光電気複合基板及び電子機器 - Google Patents

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Abstract

【課題】製造コストの上昇を招かず、且つモールド部の損傷による製造歩留まりの低下を防止することができる光電気複合基板、及び当該光電気複合基板を備える電子機器を提供する。
【解決手段】光電気複合基板１０は、基板１１と、基板１１の表面１１ａ側に形成されたプリント配線１２及び薄型光素子１３とを備える。薄型光素子１３は、表面に電極が形成されており、少なくとも表面から光の入出力が可能であって、裏面を基板１１の表面１１ａに密着させて基板１１上に搭載されている。この薄型光素子１３はレンズモールド１４に覆われている。レンズモールド１４には、薄型光素子１３で周出力される光のフラウンホーファ領域内に、薄型光素子１３で入出力される光を屈折するレンズ素子１６が形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、電気配線及び光電変換素子を備える光電気複合基板、並びに当該光電気複合基板を備える電子機器に関する。
近年、光信号を用いて情報の送受信を行う光通信が多用されている。光通信は、電気信号を用いて情報の送受信を行う電気通信に比べて、信号の減衰が少ない、取り扱う情報量を増大させることができる、周囲への電磁波の放射を防止することができる等の利点がある。従来、光通信は数百キロメートル程度以上の中長距離の通信にほぼ限られていたが、近年においては数キロメートル程度の近距離の通信にも多用されてきており、更に、数メートル程度離間した電子機器間における情報の通信、或いは電子機器内部における情報の通信にも用いられつつある。
上記の電子機器等においては、電気信号と光信号とを相互に変換するために、電気信号に対する電気配線及び光電変換素子を備える光電気複合基板が設けられる。以下の非特許文献１には、光電変換素子としてのＶＣＳＥＬ（Vertical Cavity Surface Emitting Laser：面発光レーザ）と、ＶＣＳＥＬに接続される電気配線とが形成された光電気複合基板の表面にＶＣＳＥＬから射出されるレーザ光を屈折するマイクロレンズを形成する技術が開示されている。
ヨルグ・クーンホルツ（Joerg Kuehnholz）著，「光および電気アプリケーション向けのマイクロ／ナノ複製技術」，オープラスイー（O plus E 、新技術コミュニケーションズ発行），２００５年２月，ｐ．１６３−１６６
ところで、上記の非特許文献１では、ＶＣＳＥＬが形成されたＧａＡｓ（ガリウム・ヒ素）基板上に直接マイクロレンズを形成しているため、マイクロレンズをなすモールド部の平面的な面積は、後に分割される１つのＶＣＳＥＬチップの平面的な面積よりも大きくすることはできない。また、ＶＣＳＥＬチップの表面にはＶＣＳＥＬの外部接続電極である電極（パッド）が形成されており、この外部接続電極は露出させる必要がある。このため、上記のモールド部は、ＶＣＳＥＬチップの平面的な面積から電極の平面的な面積を差し引いた面積以上にすることはできないという制約がある。
一方、基板上に形成されたマイクロレンズでＶＣＳＥＬから射出されるレーザ光の整形を行おうとすると、マイクロレンズの形成部分をＶＣＳＥＬの発光部からある程度離す必要がある。つまり、ＶＣＳＥＬの発光部を理想的な点光源とみなすことができれば発光部とマイクロレンズとの距離は問題にはならないが、実際には活性層において数μｍ程度の直径を有する面光源である。ここで、発光部の直径をＤとし、波長をλとすると、活性層から約Ｌ＝Ｄ2／λ以上離れないと射出されるレーザ光を幾何光学的に扱うことはできないことが知られている。、この活性層からの距離がＬ以上である領域はフラウンホーファ領域、一方活性層からの距離がＬよりも短い領域はフレネル領域と呼ばれる。フラウンホーファ領域では、レンズ等によってレーザ光の整形が可能であるが、フレネル領域ではレーザ光を平行光に変換したり集光することはできない。このため、マイクロレンズの形成部分をＶＣＳＥＬの発光部からある程度（１００〜２００μｍ程度）離さなければならないという制約がある。
以上の２点の制約を鑑みると、ＶＣＳＥＬチップの平面的な面積が５００μｍ各程度である場合には、非特許文献１に開示された通り、マイクロレンズをなすモールド部の底面積をその高さに対して十分とることができない。このため、基板から個々のＶＣＳＥＬを切り出すダイシング工程において、モールド部の折れ、倒れ、外れ、曲がり等の破損が生じ、製造歩留まりの低下が引き起こされるのは想像に難くない。かかる破損を防止するには、モールド部の底面積（基板との接触面積）を大きくすれば良い訳であるが、モールド部の底面積を大きくすると個々のＶＣＳＥＬチップの大きさが著しく大きくなり、１つの基板から製造することができるＶＣＳＥＬチップ数が大幅に低下し、これにより製造コストの上昇を招いてしまう。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、製造コストの上昇を招かず、且つモールド部の損傷による製造歩留まりの低下を防止することができる光電気複合基板、及び当該光電気複合基板を備える電子機器を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明にかかる光電気複合基板は、基板と、前記基板上に位置する、発光素子と、前記発光素子上に位置し、前記基板の少なくとも一部と接するレンズモールドと、を含み、前記レンズモールドがレンズ素子を含み、前記レンズ素子が前記発光素子の発光面と重なる位置にあり、前記発光素子と前記レンズ素子との距離が前記光素子のフレネル領域の範囲より大きいことを特徴とする。
上記光電気複合基板において、前記発光素子と前記レンズ素子との距離が前記発光素子のフラウンホーファ領域の範囲にあることが好ましい。これによると、レンズモールドの表面がフラウンホーファ領域内に形成され、その表面にレンズ素子が形成される場合、製造コストの上昇を招かずにレンズ面を形成することができる。
上記光電気複合基板において、前記発光素子で生じる光のニアフィールドパターンの直径をＤ、波長をλとすると、前記発光素子で出力される光のフラウンホーファ領域が、前記発光素子から距離Ｌ＝Ｄ2／λ以上離れた領域であることが好ましい。なお、直径Ｄは、ニアフィールドパターンの強度分布の最大強度×（１／ｅの２乗）となる点が描く領域のおよその直径である。
上記光電気複合基板において、前記光素子がＶＣＳＥＬであり、前記フレネル領域が、前記ＶＣＳＥＬの活性層と前記レンズ素子との距離であることが好ましい。
上記光電気複合基板において、前記基板上に電気回路が配置され、前記電気回路が前記光素子に配線を介して電気的に接続され、前記電気回路の一部が前記レンズモールドと接することが好ましい。
上記光電気複合基板において、前記レンズモールドが樹脂であることが好ましい。
上記光電気複合基板において、前記レンズモールドが色素を含むことが好ましい。これによれば、レンズモールドの透過率を調整し、例えば発光素子からの光出力を弱めることができる。発光素子が半導体レーザ等である場合には、高速動作させるときに光出力がアイセーフ規格で規定された上限値を超えることも考えられる。このためレンズモールドの透過率を調整することで、発光素子の高速動作とアイセーフ規格の遵守とを両立することができる。
上記光電気複合基板において、前記光素子と前記レンズモールドとの間に絶縁膜が配置されていることが好ましい。これによると、少なくとも発光素子及びその周囲を覆う絶縁膜が形成されているため、発光素子が絶縁膜により封止された状態となり、外部に対する遮断性が向上する。このため、水蒸気等の遮断性も高まり、酸化等による発光素子の劣化を防止することができ、信頼性を高めることができる。
上記光電気複合基板において、前記光素子と前記レンズモールドとの間に絶縁膜が配置され、前記絶縁膜の厚みが、前記薄型光素子から出力される光の波長の半波長の厚み、または前記薄型光素子へ入力される光の波長の１／４波長の厚みであることが好ましい。
上記光電気複合基板において、前記レンズ素子が前記レンズモールドの内部に形成されていることが好ましい。
上記光電気複合基板において、前記レンズ素子が前記レンズモールドの内部に形成された屈折率分布による屈折率分布型レンズであることが好ましい。
上記光電気複合基板において、前記レンズ素子が前記レンズモールドの表面に形成されたフレネルレンズ、回折格子、または屈折レンズのいずれかであることが好ましい。
本発明にかかる光電気複合基板は、基板と、前記基板上に位置する、受光素子と、前記受光素子上に位置し、前記基板の少なくとも一部と接するレンズモールドと、を含み、前記レンズモールドがレンズ素子を含み、前記レンズ素子が前記受光素子の受光面と重なる位置にあり、前記レンズモールドが樹脂であり、前記レンズ素子が前記レンズモールドの表面または内部に形成されていることを特徴とするものであってもよい。
本発明にかかる光電気複合基板は、基板と、前記基板上に位置する、発光素子および受光素子と、前記基板上に位置し、前記発光素子に第１配線を介して電気的に接続される第１電気回路と、前記基板上に位置し、前記受光素子に第２配線を介して電気的に接続される第２電気回路と、前記光素子上に位置し、前記基板の少なくとも一部と、前記第１電気回路の少なくとも一部と、および前記第２電気回路の少なくとも一部とに接するレンズモールドと、を含み、前記レンズモールドが第１レンズ素子と第２レンズ素子とを含み、前記第１レンズ素子が前記発光素子の発光面と重なる位置にあり、前記第２レンズ素子が前記受光素子の受光面と重なる位置にあることを特徴とするものであってもよい。これによれば、回路部に受光部が形成されているため、受光面を大面積とすることができる。
また、本発明にかかる電子機器は、上記光電気複合基板を備えることを特徴とする。これによれば、以上の光電気複合基板を備えているため、通信容量を増大させることができるとともに、周囲への電磁波の放射を防止することができる。
また、本発明にかかる光電気複合基板の製造方法は、基板上に光素子と、前記光素子に電気的に接続される電気回路と、を形成する工程と、前記光素子および前記電気回路上に光硬化樹脂を塗布する工程と、前記光硬化樹脂上に遮光部と、光学素子パターンが形成されている光透過部とを有するマスクを配置する工程と、前記マスクに光を照射し、前記光硬化樹脂の一部を硬化し、前記光硬化樹脂の前記光学素子パターンに接触する部分に光学素子を形成する工程と、を含むことを特徴とする。これによれば、例えば個別の組み立て調整の手間や光学部品が不要になることなどにより、大幅な低コスト化を図ることができる。
また、本発明にかかる光電気複合基板は、前記電気配線が、少なくとも前記薄型光素子に近接する部分が前記薄型光素子の厚みと同程度の厚みであり、前記電気配線と前記薄型光素子とは、金属配線により接続されていることを特徴としている。
この発明によると、薄型光素子と金属配線の薄型光素子に近接する部分との厚みが同程度に形成されており、電極が形成された薄型光素子の表面の高さ位置と電気配線の上面の高さ位置とを同程度にすることができるため、電気配線を用いた接続が段差により妨げられず、電気配線と薄型光素子とを容易に接続することができる。また、薄型光素子と電気配線との段差が極めて小さいため、透明部材も問題なく形成することができる。
ここで、前記金属配線は、金属インク配線、金属ペースト配線、金属蒸着配線、及び金属スパッタ配線の何れかであることが望ましい。特に、金属インク配線で金属配線を形成すると、生産性が高く低コストで接続することができる。
また、本発明にかかる光電気複合基板は、前記基板の表面側には、前記発光素子に関する電気回路の回路部と当該回路部の外部電極とが形成されており、前記レンズモールドは、前記外部電極上を開放するとともに、前記回路部上を覆うよう形成されていることが好ましい。
この発明によると、基板の表面側に発光素子に関する電気回路が形成されているため、発光素子と、発光素子に関する電気回路と、発光素子に入出力する光を屈折するレンズ面とが一体化された超小型の光通信モジュールを実現することができる。ここで、電気回路の回路部上は透明部材により覆われているが、電気回路の外部電極上は透明部材に覆われておらず開放されているため、外部の回路との電気的な接続に問題が生ずることはない。
また、前記回路部には、前記発光素子から射出される光を検出する検出部と、前記検出部の検出結果に基づいて前記発光素子の光出力を制御する制御部とが形成されていることが好ましい。
この発明によると、薄型光素子としての発光素子から射出される光が検出部に検出され、この検出結果に基づいて発光素子の光出力が制御される。つまり、発光素子の光出力がフィードバックされて発光素子の光出力が制御されるＡＰＣ（Auto Power Control）が実現される。このため、例えば温度等の環境変化が生じても発光素子の光出力を一定に制御することができる。ここで、薄型光素子が表面のみならず裏面からも光を射出することができる場合には、裏面から基板側に射出される光を検出部で検出することが望ましい。
また、前記電気回路の回路部には、前記受光素子で光電変換された電気信号の増幅回路が形成されていることが好ましい。
この発明によると、電気回路部の回路部には受光素子で光電変換された電気信号の増幅回路が形成されているため、受光素子、受光素子の増幅回路、及び集光素子が一体化された受信モジュールを実現することができる。
また、前記基板上には発光素子と、受光素子とが搭載されており、前記電気回路の回路部には、前記発光素子を駆動する駆動回路と、前記受光素子で光電変換された電気信号の増幅回路とが形成されているものであってもよい。
これによれば、発光素子、受光素子、発光素子の駆動回路、受光素子の増幅回路、及び薄型光素子に入出力する光を屈折するレンズ面が一体化された超小型の光通信モジュールを実現することができる。
また、前記回路部には、前記発光素子から射出される光を検出する検出部と、前記検出部の検出結果に基づいて前記発光素子の光出力を制御する制御部とが形成されていることが好ましい。
これによれば、発光素子から射出される光が検出部に検出され、この検出結果に基づいて発光素子の光出力が制御される。このため、発光素子の光出力が制御されるＡＰＣ（Auto Power Control）が実現され、例えば温度等の環境変化が生じても発光素子の光出力を一定に制御することができる。ここで、発光素子が表面のみならず裏面からも光を射出することができる場合には、裏面から基板側に射出される光を検出部で検出することが望ましい。
また、本発明の光電気複合基板は、前記レンズモールドが、前記発光素子から出力される光に対する透過率が５０％以下であることを特徴としている。
以下、図面を参照して本発明の一実施形態による光電気複合基板及び電子機器について詳細に説明する。尚、以下に説明する実施形態は、本発明の一部の態様を示すものであり、本発明を限定するものではなく、本発明の範囲内で任意に変更可能である。また、以下の説明で参照する各図においては、各層や各部材を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各層や各部材毎に縮尺を異ならせてある。
〔第１実施形態〕
図１は本発明の第１実施形態による光電気複合基板１０の要部を示す斜視図であり、図２は図１中のＡ−Ａ線に沿う断面図である。図１、図２に示す通り、本実施形態の光電気複合基板１０は、基板１１と、基板１１の表面１１ａ側に形成されたプリント配線１２と、基板１１の表面１１ａ側に搭載された薄型光素子１３と、薄型光素子１３上を覆うよう基板１１の表面１１ａ側に形成されたレンズモールド１４とを含んで構成される。尚、本実施形態では、光電気複合基板１０が可撓性を殆ど有しないプリント配線基板である場合を例に挙げて説明するが、可撓性を有するＦＰＣ（フレキシブルプリント配線基板）であっても良い。
基板１１は、例えばフェノール樹脂又はガラスエポキシより少なくともなる基板、セラミック、ガラス、プラスチック、シリコン基板等の半導体基板を使用することができる。この基板１１は、レンズモールド１４の平面的な面積を確保すために面積を大きくする必要があることから（詳細は後述する）、安価なものを用いることが望ましい。尚、本実施形態では、基板１１が可撓性を殆ど有しない場合について説明しているが、可撓性を有する基板を用いることもできる。可撓性を有する基板としては、例えば絶縁特性及び耐熱性に優れており可撓性を有するポリイミドフィルムより少なくともなる基板を用いることができる。
プリント配線１２は、基板１１の表面１１ａ側に表面１１ａに沿って形成されており、薄型光素子１３と電気的に接続されている。このプリント配線１２は、少なくとも薄型光素子１３に近接する部分の厚みが薄型光素子１３の厚みと同程度に形成されており、この部分の厚みは例えば５μｍ以下である。ここで、基板１１上のプリント配線１２の全体の厚みを５μｍ程度以下にするとプリント配線１２の断線が生ずる可能性が考えられる。このため、薄型光素子１３に近接する部分のみを５μｍ程度の厚みとし、この部分以外の厚みは、通常の基板に形成される配線と同様の厚みと同程度の３０〜７０μｍ程度にするのが望ましい。
尚、図１においては、薄型光素子１３に２本のプリント配線１２が接続されている例を図示しているが、薄型光素子１３に接続されるプリント配線１２の数は、これに限られる訳ではなく薄型光素子１３の表面に形成される不図示の電極の数に応じて適宜設定される。また、薄型光素子１３に対するプリント配線１２の配置も任意であり、任意の配置にすることが可能である。
薄型光素子１３は、電気信号を光信号に変換し、又は光信号を電気信号に変換する光電変換素子である。この薄型光素子１３は、例えば数百μｍ四方以下の面積であって、厚みが１０μｍ以下の光素子であり、表面に電極（図示省略）が形成されて少なくとも表面から光の入力及び出力の少なくとも一方が可能である光素子である。尚、薄型光素子１３の表面からの光の入力及び出力を総称する場合には光入出力という。光入出力といった場合には、光の入力のみ、光の出力のみ、又は光の入力と光の出力との双方が含まれる。また、薄型光素子１３の表面とは、薄型光素子１３が基板１１上に搭載された状態で上側を向く面であり、薄型光素子１３の裏面とは、薄型光素子１３が基板１１上に搭載された状態で下側（基板１１側）を向く面である。
この薄型光素子１３は、裏面を基板１１の表面に密着させた状態で基板１１上に搭載される。尚、薄型光素子１３の裏面と基板１１の表面１１ａとの「密着」は、薄型光素子１３の裏面と基板１１の表面１１ａとが直接接触している状態、及び、僅かな厚みを有する接着剤等を介して薄型光素子１３の裏面と基板１１の表面１１ａとが向き合っている状態の両状態が含まれる。薄型光素子１３は、例えば半導体基板上に犠牲層を形成し、その上部に光電変換機能を有する部位を形成した後で、犠牲層をエッチングして光電変換機能を有する部位を半導体基板から切り離す所謂ＥＬＯ法（エピタキシャル・リフト・オフ法）を用いて製造される。尚、薄型光素子１３の製造方法の詳細に着いては後述する。
薄型光素子１３は、例えば、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）、ＶＣＳＥＬ（Vertical Cavity Surface Emitting Laser：面発光レーザ）等の発光素子、ＰＤ（Photo Diode）等の受光素子である。発光素子として、ＬＥＤは最も構造が単純で作製が容易であるが、光信号の変調速度が数百Ｍｂｐｓ程度と遅い。これに対してＶＣＳＥＬは、１０Ｇｂｐｓを超える極めて高速な変調が可能であるうえ、閾電流が小さく発光効率が高いため低消費電力で駆動できる。尚、受光素子としては、例えばシリコン−フォトダイオード、シリコン−フォトトランジスタ等が挙げられる。
前述の通り、プリント配線１２は、薄型光素子１３と電気的に接続されている。具体的には、プリント配線１２の端部の上面及び薄型光素子１３の上面に形成された電極上、並びにこれらの間に金属配線１５が形成されることにより接続されている。ここで、金属配線１５としては、例えば金属インク配線、金属ペースト配線、金属蒸着配線、及び金属スパッタ配線の何れかであることが望ましい。特に、金属インク配線で金属配線１５を形成すると、生産性が高く低コストでの接続が可能となる。尚、薄型光素子１３とプリント配線１２との厚みの差が大きいと、薄型光素子１３の表面に形成された電極とプリント配線１２との接続が困難になる。このため、プリント配線１２の少なくとも端部（薄型光素子１３に近接する部分）の厚みを薄型光素子１３の厚みと同程度にし、金属配線１５による薄型光素子１３とプリント配線１２との接続を容易にしている。
レンズモールド１４は、薄型光素子１３、金属配線１５、及びプリント配線１２の端部を覆うよう基板１１の表面１１ａ側に形成されている。このレンズモールド１４には、薄型光素子１３で入出力される光を屈折するレンズ素子１６が形成されている。尚、図１、図２に示す例において、レンズ素子１６の形成位置は、薄型光素子１３の上方における表面１４ａの位置である。レンズモールド１４の表面１４ａの高さ位置、即ちレンズ素子１６が形成されている高さ位置は、薄型光素子１３で入出力される光を幾何学的に扱うことができるフラウンホーファ領域に入るよう設定されている。
ここで、薄型光素子１３がＶＣＳＥＬである場合を考えると、薄型光素子１３の発光部は数μｍ程度の面積を有するため理想的な点光源とみなすことはできない。このため、薄型光素子１３からある程度の距離までは、薄型光素子１３で入出力される光を幾何学的に扱うことができないフレネル領域となり、このフレネル領域内にレンズ素子１６が配置されていると薄型光素子１３で入出力される光の集光等が困難になる。このため、本実施形態ではレンズモールド１４の表面１４ａの高さ位置、即ちレンズ素子１６が形成されている高さ位置をフラウンホーファ領域内に設定している。
具体的には、薄型光素子１３の活性層における発光部の直径をＤとし、薄型光素子１３から出力される光の波長をλとすると、レンズモールド１４の表面１４ａ（レンズ素子１６）の高さ位置は、薄型光素子１３の活性層から少なくとも距離Ｌ＝Ｄ2／λだけ離間する位置に設定されている。より具体的には、ＶＣＳＥＬの活性層における発光部の直径Ｄは一般的に数μｍ程度であるため、レンズモールド１４の表面１４ａ（レンズ素子１６）の高さ位置は、薄型光素子１３の活性層から１００〜２００μｍ以上離れた位置に設定されている。
以上の通り、レンズモールド１４の表面１４ａの高さ位置は、薄型光素子１３の活性層から１００〜２００μｍ以上離れた位置に設定されているが、その平面的な面積はレンズモールド１４の表面１４ａの高さ位置に応じて適宜設定される。つまり、レンズモールド１４の高さに比べて平面的な面積が余りに小さいと、基板１１を切り出して個々の光電気複合基板１０にするダイシング工程において、レンズモールド１４の折れ、倒れ、外れ、曲がり等の破損が生じ、製造歩留まりの低下が引き起こされる虞がある。このため、レンズモールド１４の平面的な面積は、かかる破損が生じない程度に大きくするのが望ましい。例えば、レンズモールド１４の表面１４ａの高さ位置が１００μｍ程度の場合には、数ｍｍ〜数十ｍｍ四方程度の面積、更にはこれ以上の面積にすることが望ましい。前述の通り、基板１１として安価なものを用いれば基板１１の面積が増大してもコストはさほど上昇しない。尚、図１においては、レンズモールド１４の平面形状が四角形である場合を例に挙げているが、その平面形状は円形形状等の任意の形状にすることができるのは言うまでもない。
レンズ素子１６は、薄型光素子１３で入出力される光を屈折する光学素子であり、例えば図１、図２に示すフレネルレンズ、薄型光素子１３で入出力される光を回折させることにより集光する回折格子、又は光の屈折作用を利用した屈折レンズ等を用いることができる。尚、図１、図２では、レンズ素子１６がレンズモールド１４の表面１４ａに形成されている場合を例に挙げて説明するが、レンズ素子１６はレンズモールド１４の内部に形成されていても良い。例えば、レンズモールド１４内にイオン等を拡散させてレンズモールド１４中に屈折率分布を形成した屈折率分布型レンズであってもよい。但し、レンズモールド１４の内部にレンズ素子１６を形成した場合であっても、レンズ素子１６はフラウンホーファ領域内に形成する必要がある。このため、レンズモールド１４内にレンズ素子１６を形成する場合には、表面１４ａにレンズ素子１６を形成する場合よりも表面１４ａの位置がより高い位置になるようレンズモールド１４を形成する必要がある。
レンズモールド１４は透明部材であり、薄型光素子１３で入出力される光を透過する材質で形成されている。例えば、感光性ゾルゲル、或いは紫外線硬化樹脂のような光硬化樹脂を用いるのが望ましい。ここで、レンズモールド１４による吸収を極力低減するためには、レンズモールド１４の透過率が極力高い方が好ましい。しかしながら、例えば薄型光素子１３がＶＣＳＥＬ等である場合には高速動作させるときに光出力がアイセーフ規格で規定された上限値を超える場合も考えられる。かかる場合には、レンズモールド１４に染料や顔料等の色素（着色剤）を添加し、その透過率を５０％以下にすることが望ましい。レンズモールド１４の透過率を調整することで、薄型光素子１３の高速動作とアイセーフ規格の遵守とを両立することができる。
上記構成において、薄型光素子１３が発光素子である場合には、プリント配線１２を介して電気信号が送られてくると、この電気信号は金属配線１５を介して薄型光素子１３に入力される。この電気信号は、薄型光素子１３で光信号に変換され、薄型光素子１３の表面から出力される。尚、薄型光素子１３の種類に応じて、薄型光素子１３の表面及び裏面から共に光信号が出力されることもある。薄型光素子１３の表面から出力された光信号は、レンズモールド１４内を伝播してレンズ素子１６に入射し、このレンズ素子１６によって屈折されることにより、例えば平行光に変換されて外部へ射出される。
これに対し、薄型光素子１３が受光素子である場合には、外部からの光信号がレンズ素子１６入射すると、レンズ素子１６で集光されてレンズモールド１４内を伝播し、薄型光素子１３の表面から薄型光素子１３の内部に入力され、薄型光素子１３で電気信号に変換される。薄型光素子１３で変換された電気信号は、薄型光素子１３の表面に形成された不図示の電極からプリント配線１２に出力され、プリント配線１２を伝播する。
以上、説明した通り、本実施形態によれば、少なくとも表面からの光入出力が可能な薄型光素子１３を、その裏面が基板１１の表面１１ａに密着するように基板１１上に搭載するとともに、薄型光素子１３で入出力される光のフラウンホーファ領域内に、薄型光素子１３で入出力される光を屈折するレンズ素子１６が形成されたレンズモールド１４を少なくとも薄型光素子１３とプリント配線１２の一部とを覆うようにしている。このため、安価な基板１１の面積を大きくすればコストの上昇を招かずに光電気複合基板１０の大きさ（チップサイズ）を大きくすることができる。つまり、薄型光素子１３を形成するための高価な基板自体を大型化する必要はない。
このため、コストの上昇を招かずにレンズモールド１４の底面積を必要なだけ大きくすることができ、レンズモールド１４の折れ、倒れ、外れ、曲がり等の破損による製造歩留まりの低下を防止することができる。また、レンズ素子１６をフラウンホーファ領域に形成することで、薄型光素子１３で入出力される光を幾何学的に扱うことができるため、光の整形が容易になる。例えば、薄型光素子１３がＶＣＳＥＬ等の発光素子である場合には、薄型光素子１３から出力される光を容易に平行光にすることができる。
また、本実施形態では、薄型光素子１３とプリント配線１２の薄型光素子１３に近接する部分との厚みが同程度に形成されており、電極が形成された薄型光素子１３の表面の高さ位置とプリント配線１２の上面の高さ位置とを同程度にすることができるため、プリント配線１２を用いた接続が段差により妨げられず、プリント配線１２と薄型光素子１３とを容易に接続することができる。また、薄型光素子１３とプリント配線との段差が極めて小さいため、レンズモールド１４も問題なく形成することができる。
次に、本発明の第１実施形態による光電気複合基板の変形例について説明する。図３は、本発明の第１実施形態による光電気複合基板の変形例を示す断面図である。尚、図３は、図１中のＡ−Ａ線に沿う断面図に相当する断面図であり、図１、図２を用いて説明した第１実施形態による光電気複合基板１０が備える構成に相当する構成には同一の符号を付してある。本変形例の光電気複合基板２０が図１、図２に示す光電気複合基板１０と異なる点は、薄型光素子１３、金属配線１５、及びプリント配線１２の一部（端部）を覆う絶縁膜２１が形成されている点である。
絶縁膜２１は、薄型光素子１３を外部から遮断し、水蒸気等を遮断して酸化等による薄型光素子１３の劣化を防止するために設けられている。この絶縁膜２１は、例えばＳｉＮ（窒化シリコン）等の無機薄膜である。絶縁膜２１の厚みｄは、薄型光素子１３で入出力される光の波長をλとし、絶縁膜２１の屈折率をｎとすると、ｄ＝λ／（２ｎ）又はｄ＝λ／（４ｎ）に設定されている。例えば、薄型光素子１３がＶＣＳＥＬ等の発光素子である場合には、絶縁膜２１の厚みｄをｄ＝λ／（２ｎ）とすることで、ＶＣＳＥＬに設けられる共振器の反射率を高めて閾電流の低下等を防止することができる。また、薄型光素子１３がＰＤ等の受光素子である場合には、薄型光素子１３の表面での反射を低減させることができ、これにより受光効率の向上を図ることができる。
尚、図３に示す光電気複合基板２０は、薄型光素子１３の上面のみがＳｉＮ等より少なくともなる絶縁膜２１に覆われている構成であるが、基板１１の表面１１ａ上にＳｉＮ等より少なくともなる絶縁膜を形成し、薄型光素子１３の裏面も絶縁膜で覆われた構成としても良い。これにより、薄型光素子１３は、その裏面側に形成された絶縁膜と薄型光素子１３を覆う絶縁膜２１によって６方向全て封止された状態であるため、基板１１だけでは不十分な湿度遮断効果をより高めることができる。
〔第２実施形態〕
図４は、本発明の第２実施形態による光電気複合基板の要部を示す断面図である。尚、図１、図２を用いて説明した第１実施形態による光電気複合基板１０が備える構成に相当する構成には同一の符号を付してある。図４に示す通り、本実施形態の光電気複合基板３０は、基板３１と、基板３１の表面３１ａ側に搭載された薄型光素子１３と、薄型光素子１３上を覆うよう基板３１の表面３１ａ側に形成されたレンズモールド３４とを含んで構成される。尚、図４に示す例では、図１、図２に示した光電気複合基板１０が備えるプリント配線１２に相当する配線は図示されていないが、基板３１の表面３１ａ側にこの配線が形成されていても良い。
基板３１は、例えばシリコン基板等の半導体基板であり、その表面３１ａ側には、薄型光素子１３に関する電気回路３２が形成されている。電気回路３２は、トランジスタ等の電子素子が形成された回路部３２ａと、外部電極としての電極パッド３２ｂ、及び回路部３２ａと電気的に接続された電極３２ｃとより少なくともなる。この電気回路３２の回路部３２ａには、薄型光素子１３がＶＣＳＥＬ等の発光素子である場合には例えば薄型光素子１３を駆動する駆動回路が形成され、薄型光素子１３がＰＤ等の受光素子である場合には薄型光素子１３で光電変換された電気信号を増幅するアンプ回路（増幅回路）が形成される。
回路部３２ａと電気的に接続された電極３２ｃの上面及び薄型光素子１３の上面に形成された電極上、並びにこれらの間には金属配線３５が形成されており、これにより電気回路３２の回路部３２ａと薄型光素子１３とが電気的に接続されている。ここで、金属配線３５としては、例えば金属インク配線、金属ペースト配線、金属蒸着配線、及び金属スパッタ配線の何れかであることが望ましい。特に、金属インク配線で金属配線３５を形成すると、生産性が高く低コストでの接続が可能となる。図４に示す通り、電極３２ｃは、基板３１の表面３１ａから上方に突出しないように形成されているため、薄型光素子１３との段差が小さく、金属配線３５により容易に電極３２ｃと薄型光素子１３とを接続することができる。
レンズモールド３４は、薄型光素子１３及び金属配線３５を覆うとともに、基板１１に形成された電気回路３２のほぼ全面を覆うように形成されている。但し、図４に示す通り、電気回路３２の電極パッド３２ｂ上には形成されておらず、これにより電極パッド３２ｂの上方は開放されている。このため、電気回路３２に形成された回路部３２ａと外部の回路（例えば、電源回路等）との電気的な接続に問題が生ずることはない。ここで、電極パッド３２ｂ上にはレンズモールド３４が形成されないことから、電極パッド３２ｂは、レンズモールド３４で必要な底面積が確保できるだけ薄型光素子１３から離間した位置に形成するのが望ましい。
このレンズモールド３４には、薄型光素子１３で入出力される光を屈折するレンズ素子３６が形成されている。尚、図４に示す例においては、レンズ素子３６の形成位置は、薄型光素子１３の上方における表面３４ａの位置であるが、レンズ素子３６はレンズモールド３４の内部に形成することもできる。但し、第１実施形態と同様に、レンズ素子３６が形成されている高さ位置は、薄型光素子１３で入出力される光を幾何学的に扱うことができるフラウンホーファ領域に入るよう設定する必要がある。具体的には、レンズ素子３６が形成される高さ位置は、薄型光素子１３の活性層から少なくとも距離Ｌ＝Ｄ2／λだけ離間する位置（例えば、薄型光素子１３の活性層から１００〜２００μｍ以上離れた位置）に設定する必要がある。
尚、レンズ素子３６がレンズモールド３４の表面３４ａに形成される場合には、例えば図１、図２に示すフレネルレンズ、薄型光素子１３で入出力される光を回折させることにより屈折する回折格子、又は光の屈折作用を利用した屈折レンズ等を用いることができる。また、レンズ素子３６がレンズモールド３４の内部に形成される場合には、例えば、レンズモールド３４内にイオン等を拡散させてレンズモールド３４中に屈折率分布を形成した屈折率分布型レンズを用いることができる。更に、第１実施形態と同様に、レンズモールド３４に染料や顔料等の色素（着色剤）を添加し、その透過率を５０％以下にしても良い。
以上の通り、本実施形態によれば、基板１１の表面１１ａ側に薄型光素子１３に関する電気回路３２が形成されているため、薄型光素子１３と、薄型光素子１３に関する電気回路と、薄型光素子１３に入出力する光を屈折するレンズ素子３６とが一体化された超小型の光通信モジュールを実現することができる。ここで、電気回路３２の回路部３２ａ上はレンズモールド３４により覆われているが、電気回路３２の外部電極としての電極パッド３２ｂ上はレンズモールド３４に覆われておらず開放されているため、外部電源等の外部の回路との電気的な接続に問題が生ずることはない。また、薄型光素子１３に対して電気回路３２の外部電極としての電極パッド３２ｂを離間して配置することで、レンズモールド３４の折れ、倒れ、外れ、曲がり等の破損による製造歩留まりの低下を防止することができる。
〔第３実施形態〕
図５は、本発明の第３実施形態による光電気複合基板の要部を示す断面図である。尚、図４を用いて説明した第２実施形態による光電気複合基板３０が備える構成に相当する構成には同一の符号を付してある。図５に示す本実施形態の光電気複合基板４０と、図４に示す第２実施形態の光電気複合基板３０とを比較すると、基板３１の表面３１ａ上に新たな薄型光素子４３が搭載されており、薄型光素子１３，４３の各々に対応してレンズ素子３６ａ，３６ｂがそれぞれレンズモールド３４の表面３４ａに形成されている点が異なる。尚、本実施形態では、薄型光素子１３がＶＣＳＥＬ等の発光素子であり、薄型光素子４３がＰＤ等の受光素子であるとする。
基板３１の表面３１ａ側に形成された電気回路３２には、回路部３２ａ、外部電極としての電極パッド３２ｂ、及び電極３２ｃに加えて、回路部３２ａと電気的に接続された電極３２ｄが形成されている。電気回路３２の回路部３２ａには、発光素子としての薄型光素子１３を駆動する駆動回路と、受光素子としての薄型光素子４３で光電変換された電気信号を増幅するアンプ回路（増幅回路）とが形成される。
回路部３２ａと電気的に接続された電極３２ｄの上面及び薄型光素子４３の上面に形成された電極上、並びにこれらの間には金属配線４５が形成されており、これにより電気回路３２の回路部３２ａと薄型光素子４３とが電気的に接続されている。ここで、金属配線４５としては、例えば金属インク配線、金属ペースト配線、金属蒸着配線、及び金属スパッタ配線の何れかであることが望ましい。特に、金属インク配線で金属配線４５を形成すると、生産性が高く低コストでの接続が可能となる。図５に示す通り、電極３２ｄも電極３２ｃと同様に、基板３１の表面３１ａから上方に突出しないように形成されているため、薄型光素子４３との段差が小さく、金属配線４５により容易に電極３２ｄと薄型光素子４３とを接続することができる。
レンズモールド３４は、薄型光素子１３，４３及び金属配線３５，４５を覆うとともに、基板３１に形成された電気回路３２のほぼ全面を覆うように形成されている。但し、第２実施形態と同様に、電気回路３２の電極パッド３２ｂ上には形成されておらず、これにより電極パッド３２ｂの上方は開放されている。このため、電気回路３２に形成された回路部３２ａと外部の回路（例えば、電源回路等）との電気的な接続に問題が生ずることはない。また、電極パッド３２ｂ上にはレンズモールド３４が形成されないことから、電極パッド３２ｂは、レンズモールド３４で必要な底面積が確保できるだけ薄型光素子１３，４３から離間した位置に形成するのが望ましい。
レンズモールド３４には、薄型光素子１３から出力される光を屈折するレンズ素子３６ａと、外部から入力される光を集光するレンズ素子３６ｂとが形成されている。これらレンズ素子３６ａ，３６ｂの形成位置は、それぞれ薄型光素子１３，４３の上方における表面３４ａの位置であるが、これらのレンズ素子３６ａ，３６ｂはレンズモールド３４の内部に形成することもできる。但し、第１、第２実施形態と同様に、レンズ素子３６ａ，３６ｂの高さ位置は、薄型光素子１３で入出力される光を幾何学的に扱うことができるフラウンホーファ領域に入るよう設定する必要がある。具体的には、レンズ素子３６ａ，３６ｂが形成される高さ位置は、薄型光素子１３の活性層から少なくとも距離Ｌ＝Ｄ2／λだけ離間する位置（例えば、薄型光素子１３の活性層から１００〜２００μｍ以上離れた位置）に設定する必要がある。
尚、レンズ素子３６ａ，３６ｂとしては、例えばフレネルレンズ、回折格子、又は屈折レンズ等を用いることができる。また、レンズモールド３４内にイオン等を拡散させてレンズモールド３４中に屈折率分布を形成した屈折率分布型レンズを用いることができる。更に、第１実施形態と同様に、レンズモールド３４に染料や顔料等の色素（着色剤）を添加し、その透過率を５０％以下にしても良い。
以上の通り、本実施形態によれば、基板３１の表面３１ａ側に発光素子としての薄型光素子１３と、受光素子としての薄型光素子４３とが形成されており、更に電気回路３２の回路部には薄型光素子１３を駆動する駆動回路と、薄型光素子４３で光電変換された電気信号の増幅回路とが形成されているため、発光素子、受光素子、発光素子の駆動回路、受光素子の増幅回路、及び薄型光素子に入出力する光を屈折するレンズ素子３６ａ，３６ｂが一体化された超小型の光通信モジュールを実現することができる。
また、薄型光素子１３と駆動回路とを接続する配線、及び薄型光素子４３と増幅回路とを接続する配線を極めて短くすることができるため、インピーダンスミスマッチ又は外部ノイズの影響を受けにくく、高い動作特性を期待することができる。更に、薄型光素子１３から出力される光及び薄型光素子４３に入力する光を、レンズ素子３６ａ，３６ｂの各々で整形することで、例えば光ファイバ等の光導波路との結合効率を高めることができ、また光導波路との結合位置での位置誤差の許容量が広がる等の利点がある。
〔第４実施形態〕
図６は、本発明の第４実施形態による光電気複合基板の要部を示す断面図である。尚、図４を用いて説明した第２実施形態による光電気複合基板１０が備える構成に相当する構成には同一の符号を付してある。図６に示す本実施形態の光電気複合基板５０と、図４に示す第２実施形態の光電気複合基板３０とを比較すると、基板３１の表面３１ａ側に形成された電気回路３２に、レンズモールド３４を介して入射する光を受光する受光部５１が形成されている点が異なる。尚、本実施形態では、薄型光素子１３がＶＣＳＥＬ等の発光素子であるとする。
受光部５１は、例えばフォトダイオードである。この受光部５１を基板３１の表面３１ａ側における電気回路３２に形成するのは、受光面積を増大して受光感度を向上させるためである。つまり、第３実施形態のように、基板３１の表面３１ａ側に薄型光素子４３を搭載する形態では受光面積の増大には限界があるため、受光部５１を基板３１の電気回路３２に形成している。ここで、基板３１としては安価な基板を使用しているため、基板３１を大型化してもコストは大幅に上昇しない。
基板３１の表面３１ａ側に形成された電気回路３２には、発光素子としての薄型光素子１３を駆動する駆動回路と、受光部５１で光電変換された電気信号を増幅するアンプ回路（増幅回路）とが形成される。尚、図６においては図示を省略しているが、受光部５１とアンプ回路とは電気的に接続されている。また、図５に示す第３実施形態では、薄型光素子１３，４３の各々に対応付けてレンズ素子３６ａ，３６ｂがそれぞれ形成されていたが、本実施形態では薄型光素子１３に対してのみレンズ素子３６が形成されており、受光部５１に対するレンズ素子は形成されていない。これは、受光部５１の受光面積が広いため、外部からレンズモールド３４に入力する光を集光する必要がないからである。
尚、本実施形態においても、レンズモールド３４は、薄型光素子１３、受光部５１、及び金属配線３５を覆うとともに、基板１１に形成された電気回路３２のほぼ全面を覆うように形成されている。但し、第２、第３実施形態と同様に、電気回路３２の電極パッド３２ｂ上には形成されておらず、これにより電極パッド３２ｂの上方は開放されている。このため、電気回路３２に形成された回路部３２ａと外部の回路（例えば、電源回路等）との電気的な接続に問題が生ずることはない。本実施形態では、薄型光素子１３から離間した位置に配置せざるを得ない電極パッド３２ｂと薄型光素子１３との間に受光部５１が形成されているため、薄型光素子１３と電極パッド３２ｂとの間を有効的に利用することができる。
尚、本実施形態においても、レンズ素子３６としては、例えばフレネルレンズ、回折格子、又は屈折レンズ等を用いることができる。また、レンズモールド３４内にイオン等を拡散させてレンズモールド３４中に屈折率分布を形成した屈折率分布型レンズを用いることができる。更に、レンズモールド３４に染料や顔料等の色素（着色剤）を添加し、その透過率を５０％以下にしても良い。
〔第５実施形態〕
図７は、本発明の第５実施形態による光電気複合基板の要部を示す断面図である。尚、図４を用いて説明した第２実施形態による光電気複合基板１０が備える構成に相当する構成には同一の符号を付してある。図７に示す本実施形態の光電気複合基板６０と、図４に示す第２実施形態の光電気複合基板３０とを比較すると、基板３１の表面３１ａ側に形成された電気回路３２内であって、薄型光素子１３の搭載位置の下方に検出素子６１が形成されている点が異なる。尚、本実施形態では、薄型光素子１３が表面及び裏面の両方からの光の出力が可能なＶＣＳＥＬ等の発光素子であるとする。
検出素子６１は、フォトダイオード等の受光素子であり、薄型光素子１３の裏面から基板３１側に出力される光を検出する。図８は、薄型光素子１３の制御部を示すブロック図である。尚、図８においては、薄型光素子１３の表面から出力される光を上方出力光Ｌ１とし、薄型光素子１３の裏面から基板３１に向けて出力される光を下方出力光Ｌ２としており、検出素子６１は薄型光素子１３から出力される下方出力光Ｌ２を検出する。
図８に示す通り、薄型光素子１３の制御部６５は、薄型光素子１３を駆動する駆動電流を出力する駆動回路６４と、検出素子６１の検出結果に基づいて駆動回路６４を制御する制御回路６６とを含んで構成される。尚、制御回路６６としては、薄型光素子１３の光出力が一定になるよう制御するＡＰＣ（Auto Power Control）回路が挙げられる。これら制御回路６６及び駆動回路６４は、基板３１の表面３１ａ側の回路部３２ａに形成される。
上記構成において、駆動回路６４から薄型光素子１３に駆動電流が出力されると、薄型光素子１３から上方出力光Ｌ１及び下方出力光Ｌ２が出力される。上方出力光Ｌ１及び下方出力光Ｌ２の出力比は薄型光素子１３の設計で決まる一定の値を持つため、下方出力光Ｌ２をモニターすることで上方出力光Ｌ１を知ることができる。上方出力光Ｌ１は、レンズモールド３４内を伝播し、レンズ素子３６で屈折されて例えば平行光に変換されて外部に出力される。これに対し、下方出力光Ｌ２は検出素子６１で受光されて光電変換される。検出素子６１からは下方出力光Ｌ２の光強度に比例した検出電流が出力され、この検出電流は制御回路６６に入力される。
制御回路６６は、入力される検出電流の大きさに応じた制御信号を駆動回路６４へ出力する。ここで、制御回路６６は、予め設定された所定の基準値と検出素子６１から出力される検出電流との大きさを比較して、その電流が所望の一定値となるように、即ち薄型光素子１３から出力される下方出力光Ｌ２すなわち上方出力光Ｌ１が一定の値となるように制御信号を生成する。そして、駆動回路６４はこの制御信号に応じた駆動電流を薄型光素子１３に出力する。これにより、周囲の温度の変化及び経時変化等に拘わらず、薄型光素子１３の上方出力光Ｌ１を所望の一定値に保つことができる。
尚、本実施形態においては、基板３１上に発光素子としての薄型光素子１３のみが搭載されている場合を例に挙げて説明した。しかしながら、図５に示す第３実施形態のように、発光素子としての薄型光素子１３と受光素子としての薄型光素子４３とが搭載されている場合、或いは、図６に示す第４実施形態のように、発光素子としての薄型光素子１３が搭載され、基板３１に受光部５１が形成されている場合にも本実施形態を適用することができる。尚、第３、４実施形態に本実施形態を適用する場合には、薄型光素子１３の裏面側に検出素子６１を配置し、回路部３２ａに、図８に示す薄型光素子１３の制御部６５を形成する必要がある。
〔薄型光素子〕
以上、本発明の実施形態による光電気複合基板について説明したが、次に、基板１１，３１上に搭載される薄型光素子１３，４３の製造方法、及び基板１１等への搭載方法について説明する。尚、以下の説明では、基板１１上に薄型光素子１３を搭載して図１、図２に示した本発明の第１実施形態による光電気複合基板１０を製造する場合を例に挙げて説明するが、以下に説明する搭載方法は、第１実施形態の変形例による光電気複合基板２０、第２実施形態〜第５実施形態による光電気複合基板３０，４０，５０，６０を製造する場合にも用いることが可能である。
［薄型光素子の製造方法］
〈第１工程〉
図９は、薄型光素子１３の製造方法の第１工程を示す断面図である。図９において、基板１００は、半導体基板であり、例えばガリウム・ヒ素化合物半導体基板である。この基板１００上には犠牲層１０１が形成されている。犠牲層１０１は、例えばアルミニウム・ヒ素（ＡｌＡｓ）からなり、数百ｎｍ程度の厚みを有する層である。この犠牲層１０１上には機能層１０２が形成されている。機能層１０２の厚さは、例えば１〜数十μｍ程度とする。そして、機能層１０２において素子部１０３を作成する。この素子部１０３に形成される素子は、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）、面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）、フォトダイオード（ＰＤ）の素子部１０３である。これらの素子部１０３は、何れも基板１００上に多層のエピタキシャル層を積層して素子が形成されたものである。また、各素子部１０３には、電極（薄型光素子１３の電極）も形成される。
〈第２工程〉
図１０は、薄型光素子１３の製造方法の第２工程を示す断面図である。図１０に示す通り、本工程においては、各素子部１０３を分割するように分離溝１０４を形成する。この分離溝１０４は、少なくとも犠牲層１０１に到達する深さを有する溝である。分離溝１０４の幅及び深さは、例えば十〜数百μｍである。また、分離溝１０４は、選択エッチング液１０６（詳細は後述する）が分離溝１０４を流れるように、互いに繋がっている溝とされる。更に、分離溝１０４は、碁盤のごとく格子状に形成されるのが好ましい。
また、分離溝１０４相互の間隔を数十〜数百μｍとすることで、分離溝１０４によって分割・形成される各素子部１０３のサイズを、数十〜数百μｍ四方の面積をもつものとする。分離溝１０４は、例えばフォトリソグラフィー技術により分離溝１０４が形成されるべき位置の上方が開口されたレジストを形成し、このレジストをマスクとして機能層１０２及び犠牲層１０１、更には基板１００をウェットエッチング又はドライエッチングによりエッチングすることで形成される。また、基板１００にクラックが生じない範囲で、ダイシングにより基板１００等にＵ字形溝を形成することで形成される。
〈第３工程〉
図１１は、薄型光素子１３の製造方法の第３工程を示す断面図である。本工程においては、中間転載フィルム１０５を基板１００の表面（素子部１０３側）に貼り付ける。この中間転載フィルム１０５は、表面に粘着剤が塗られた可撓性のあるフレキシブルな帯形状のフィルムである。
〈第４工程〉
図１２は、薄型光素子１３の製造方法の第４工程を示す断面図である。本工程においては、分離溝１０４に選択エッチング液１０６を注入する。本工程では、犠牲層１０１のみを選択的にエッチングするために、選択エッチング液１０６として、アルミニウム・ヒ素に対して選択性が高い低濃度の塩酸を用いる。分離溝１０４への選択エッチング液１０６を注入すると、犠牲層１０１が選択的にエッチングされる。そして、選択エッチング液１０６を分離溝１０４に所定時間注入することにより、犠牲層１０１の全てを基板１００から取り除く。
〈第５工程〉
図１３は、薄型光素子１３の製造方法の第７工程を示す断面図である。第４工程で犠牲層１０１が全てエッチングされると、基板１００から機能層１０２が切り離される。そして、本工程において、中間転載フィルム１０５を基板１００から引き離すことにより、中間転載フィルム１０５に貼り付けられている機能層１０２を基板１００から引き離す。これにより、素子部１０３が形成された機能層１０２は、分離溝１０４の形成及び犠牲層１０１のエッチングによって分割されて、前述した薄型光素子１３とされ、中間転載フィルム１０５に貼り付け保持されることとなる。ここで、機能層１０２は、その厚みが例えば１〜１０μｍ程度であり、大きさ（縦横）が例えば数十〜数百μｍであるのが好ましい。以上の第１〜第５工程を経て薄型光素子１３が製造される。
次に、薄型光素子１３を基板１１上に搭載する方法について説明する。
［薄型光素子の搭載方法］
〈第１工程〉
図１４は、薄型光素子１３の搭載方法の第１工程を示す断面図である。本工程においては、薄型光素子１３が貼り付けられた中間転載フィルム１０５を移動させることで、基板１１の所望の位置に薄型光素子１３をアライメントする。尚、基板１１上の薄型光素子１３が搭載されるべき位置に、薄型光素子１３を接着するための接着剤１１０を表面１１ａ上に塗布しておく。また、表面１１ａにはプリント配線１２が所望の位置に形成されている。
〈第２工程〉
図１５は、薄型光素子１３の搭載方法の第２工程を示す断面図である。本工程においては、基板１１上において薄型光素子１３が搭載されるべき位置の上方にアライメントされた薄型光素子１３を、中間転載フィルム１０５越しに裏押しピン１１１で押しつけて基板１１に接合する。ここで、薄型光素子１３が搭載されるべき位置には接着剤１１０が塗布されているため、その薄型光素子１３が搭載されるべき位置に薄型光素子１３が接着される。
〈第３工程〉
図１６は、薄型光素子１３の搭載方法の第３工程を示す断面図である。本工程においては、中間転載フィルム１０５の粘着力を消失させて、薄型光素子１３から中間転載フィルム１０５を剥がす。中間転載フィルム１０５の粘着剤は、紫外線（ＵＶ）又は熱により粘着力が消失するものにしておく。ＵＶ硬化性の粘着剤とした場合は、裏押しピン１１１を透明な材質にしておき、裏押しピン１１１の先端から紫外線（ＵＶ）を照射することで中間転載フィルム１０５の粘着力を消失させる。熱硬化性の接着剤とした場合は、裏押しピン１１１を加熱すればよい。
或いは、第１工程の後で、中間転載フィルム１０５を全面紫外線照射して中間転載フィルム１０５の粘着力を全面消失させておいてもよい。粘着力が消失したとはいえ実際には僅かに粘着性が残っており、薄型光素子１３は極めて薄く軽いため中間転載フィルム１０５に保持される。以上の工程を経て、薄型光素子１３が基板１１上に搭載される。
これによれば、元基板上で作製された光素子の極薄膜の機能層を電極接続などを考慮した最小限必要な面積単位に元基板から分離し、それをホスト基板に転載し、その薄型光素子を埋め込むようにホスト基板上にレンズモールドを形成する。こうすれば高価な光素子は必要最小限の面積で済み、元基板からの取り個数は十分多くなるのでコスト上昇を招くことがない。またホスト基板としてＩＣやフレキシブルプリント配線板など信号処理機能や応用自由度を持つ基板を選べば、単に光素子にレンズモールドを組み合わせる以上の付加価値を与えることができる。
〔レンズモールド〕
以下、レンズモールド１４を薄型光素子１３上に形成する方法について、図１７（ａ）〜（ｃ）および図１８（ｄ）〜（ｆ）を用いて説明する。尚、以下の説明では、基板１１上に薄型光素子１３を搭載して図１、図２に示した本発明の第１実施形態による光電気複合基板１０を製造する場合を例に挙げて説明するが、以下に説明する搭載方法は、第１実施形態の変形例による光電気複合基板２０、第２実施形態〜第５実施形態による光電気複合基板３０，４０，５０，６０を製造する場合にも用いることが可能である。
［レンズモールドの形成方法］
〈第１工程〉
図１７（ａ）は、基板１１上にレンズモールド１４が形成されていない状態の断面図である。薄型光素子１３を基板１１上に搭載した後に、プリント配線１２と薄型光素子１３の電極とを金属配線１５によって電気的に接続する。ここで、金属配線１５としては、例えば金属インク配線、金属ペースト配線、金属蒸着配線、及び金属スパッタ配線の何れかを用いることができる。特に、金属インク配線で金属配線１５を形成すると、生産性が高く低コストでの配線形成が可能となる。
遮光部と光透過部と光学素子パターンとを備えたレリーフ付ガラスマスク６２を準備する。レリーフ付ガラスマスク６２表面にはレンズモールド１４上面のレンズ形状を形成するための凹凸パターンを成すレリーフ６２ａが刻まれている。レリーフ６２ａは光学素子のパターンとなっている。レリーフ６２ａの作り方はフォトリソグラフ法、レーザ加工法などを使うことが出来る。またガラスマスク表面には、遮光マスク６２ｂが備わり、所望のレンズモールド形成部にのみ紫外線を透過させることができる。遮光マスク６２ｂが備わっていない部分が光透過部となる。レリーフ付ガラスマスク６２表面は紫外線硬化樹脂６３に対する剥離性を高めるようフッ化処理されていることが好ましい。フッ化処理としては、フッ化アルキルシランによる単分子膜を用いることができる。その場合、紫外線の波長はフッ化アルキルシランを分解せずに紫外線硬化樹脂６３を硬化させる２５０〜４５０ｎｍの範囲であることが好ましい。
レリーフ付ガラスマスク６２の準備ができたら、図１７（ｂ）に示すように、基板１１の表面にレンズモールド１４の材料である紫外線硬化樹脂６３を塗布する。紫外線硬化樹脂６３は、アクリル系、エポキシ系など特性に応じて様々な材質から選ぶことが出来る。また紫外線硬化樹脂６３以外に感光性ゾルゲルなども使用可能である。
次に、図１７（ｃ）に示すように、レリーフ付ガラスマスク６２を紫外線硬化樹脂６３に接触させ、基板１１に対してアライメントする。アライメントは、基本的に薄型光素子１３の光軸とレリーフ６２ａの中心とが一致するように合わせる。薄型光素子１３がＶＣＳＥＬの場合、放射されるレーザ光の光軸は基板に対し鉛直であるため、基板１１の真上から見てレリーフ６２ａ中心と薄型光素子１３のレーザ発光部が一致するよう調整する。２つの光軸を意図的にずらすことも可能である。この場合、薄型光素子１３から放射され紫外線硬化樹脂６３を透過したレーザ光の光軸を斜めに傾けることができる。
このアライメントでのレリーフ付ガラスマスク６２と基板１１との距離によってレンズモールド１４の高さが決定される。レンズモールド１４のもつ所望のレンズ機能を得るためにはレンズモールド１４の高さ、すなわちレリーフ付ガラスマスク６２と基板１１との間隔を精度良く制御しなければならない。例えばコリメート光を得るためには、レンズ素子１６の焦点と薄型光素子１３の発光面が一致するようレリーフ付ガラスマスク６２と基板１１との高さを調整する必要がある。
紫外線硬化樹脂６３とレリーフ付ガラスマスク６２との界面に気泡が生じないよう、減圧下で接触させるとよい。
次に、図１８（ｄ）に示すように、レリーフ付ガラスマスク６２上面より紫外線露光を行う。レリーフ付ガラスマスク６２と基板１１との間に位置する紫外線硬化樹脂６３のうち、遮光マスク６２ｂで遮光されていないレンズモールド１４部を硬化させる。
次に、図１８（ｅ）に示すように、レリーフ付ガラスマスク６２を基板１１から剥離する。レリーフ付ガラスマスク６２表面はフッ化処理などにより剥離性を高めてあるので、硬化したレンズモールド１４はレリーフ付ガラスマスク６２側で剥離し基板１１側に残る。
最後に、図１８（ｆ）に示すように、紫外線で露光されていない未硬化の紫外線硬化樹脂６３を有機溶媒などで洗い流す。こうして基板１１上に、上面にレンズ素子１６を備え、内部に薄型光素子１３が埋め込まれたレンズモールド１４が形成される。
このように、面発光レーザ素子などの薄型光素子１３の表面にレンズ面を含むレンズ素子１６を備えたレンズモールド１４を一体形成することで、外付けの光学部品を用いずに、素子単体から整形されたレーザビームを得ることができる。これによれば、個別の組み立て調整の手間や光学部品が不要になり、大幅な低コスト化を図ることができる。また、格段の小型化も可能になる。
また、面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）のような有限の大きさＤを持つ微小発光面からの光をビーム整形できるよう、レンズ面を薄型光素子１３の発光面（活性層）のフラウンホーファ領域（＞Ｄ2λ）に配置することが容易になる。加えて、一般に光素子は湿度や酸素などの環境要因により劣化しやすいものだが、本願では薄型光素子が完全にレンズモールドに埋め込まれて保護されるので信頼性も高い。
〔電子機器〕
次に、本発明の電子機器について説明する。本発明の電子機器は、上述した光電気複合基板を備えるものであり、具体的には図１９に示すものが挙げられる。図１９は、本発明の電子機器の例を示す図である。図１９（ａ）は、携帯電話の一例を示した斜視図である。図１９（ａ）において、携帯電話１０００は、上述した光電気複合基板の何れかを備える。携帯電話１０００の光電気複合基板は、例えばＣＰＵから表示データを表示部１００１に送信するために設けられる。
図１９（ｂ）は、腕時計型電子機器の一例を示した斜視図である。図１９（ｂ）において、時計１１００は、上述した光電気複合基板を備える。この時計１１００においても、表示部１１０１に対して表示データを送信するために光電気複合基板が設けられる。図１９（ｃ）は、ワープロ、パソコン等の携帯型情報処理装置の一例を示した斜視図である。図１９（ｃ）において、情報処理装置１２００は、キーボードなどの入力部１２０２、上述した光電気複合基板の何れかにより表示データが送信される表示部１２０６、情報処理装置本体（筐体）１２０４を備える。図１９（ａ）〜（ｃ）に示すそれぞれの電子機器は、上述した光電気複合基板の何れかによ表示データが送信される表示部１００１，１１０１，１２０６を備えているので、良好な表示特性を有する電子機器が提供される。
尚、本実施形態の光電気複合基板は、上記の電子機器以外に、ビューワ、ゲーム機等の携帯情報端末、電子書籍、電子ペーパ等種々の電子機器に適応できる。また、光電気複合基板の何れかは、ビデオカメラ、デジタルカメラ、カーナビゲーション、カーステレオ、運転操作パネル、パーソナルコンピュータ、プリンタ、スキャナ、テレビ、ビデオプレーヤー等種々の電子機器にも適応できる。更には、レーザ光を対象物に投射し、その反射光の変化から対象物の位置変化や光学特性の変化を検出するリニアエンコーダ、ロータリーエンコーダ等の変位センサ及び圧力センサ、振動センサ、角度センサ、吸光センサ、ガスセンサ、パーティクルセンサ等の電子機器にも適用することができる。また更には、光通信の光通信モジュール（送信モジュール、受信モジュール）にも適用することができる。
本発明の第１実施形態による光電気複合基板の要部を示す斜視図。 図１中のＡ−Ａ線に沿う断面図。 本発明の第１実施形態による光電気複合基板の変形例を示す断面図。 本発明の第２実施形態による光電気複合基板の要部を示す断面図。 本発明の第３実施形態による光電気複合基板の要部を示す断面図。 本発明の第４実施形態による光電気複合基板の要部を示す断面図。 本発明の第５実施形態による光電気複合基板の要部を示す断面図。 薄型光素子１３の制御部を示すブロック図。 薄型光素子１３の製造方法の第１工程を示す断面図。 薄型光素子１３の製造方法の第２工程を示す断面図。 薄型光素子１３の製造方法の第３工程を示す断面図。 薄型光素子１３の製造方法の第４工程を示す断面図。 薄型光素子１３の製造方法の第７工程を示す断面図。 薄型光素子１３の搭載方法の第１工程を示す断面図。 薄型光素子１３の搭載方法の第２工程を示す断面図。 薄型光素子１３の搭載方法の第３工程を示す断面図。 レンズモールド１４の形成方法を示す断面図。 レンズモールド１４の形成方法を示す断面図。 本発明の電子機器の例を示す図。
符号の説明
１０…光電気複合基板、１１…基板、１２…プリント配線、１３…薄型光素子、１４…レンズモールド、１５…金属配線、１６…レンズ素子、２０…光電気複合基板、２１…絶縁膜、３０…光電気複合基板、３１…基板、３２…電気回路、３２ａ…回路部、３２ｂ…外部電極としての電極パッド、３４…レンズモールド、３５…金属配線、３６，３６ａ，３６ｂ…レンズ素子、４０…光電気複合基板、４３…受光素子としての薄型光素子、４５…金属配線、５０…光電気複合基板、５１…受光部、６０…光電気複合基板、６１…検出素子、６２…レリーフ付ガラスマスク、６２ａ…レリーフ、６２ｂ…遮光マスク、６３…紫外線硬化樹脂。

Claims (16)

  1. 基板と、前記基板上に位置する、発光素子と、前記発光素子上に位置し、前記基板の少なくとも一部と接するレンズモールドと、を含み、前記レンズモールドがレンズ素子を含み、前記レンズ素子が前記発光素子の発光面と重なる位置にあり、前記発光素子と前記レンズ素子との距離が前記光素子のフレネル領域の範囲より大きいことを特徴とする光電気複合基板。
  2. 前記発光素子と前記レンズ素子との距離が前記発光素子のフラウンホーファ領域の範囲にあることを特徴とする請求項１に記載の光電気複合基板。
  3. 前記発光素子で生じる光のニアフィールドパターンの直径をＤ、波長をλとすると、前記発光素子で出力される光のフラウンホーファ領域が、前記発光素子から距離Ｌ＝Ｄ2／λ以上離れた領域であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光電気複合基板。
  4. 前記光素子がＶＣＳＥＬであり、前記フレネル領域が、前記ＶＣＳＥＬの活性層と前記レンズ素子との距離であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の光電気複合基板。
  5. 前記基板上に電気回路が配置され、前記電気回路が前記光素子に配線を介して電気的に接続され、前記電気回路の一部が前記レンズモールドと接することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の光電気複合基板。
  6. 前記レンズモールドが樹脂であることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の光電気複合基板。
  7. 前記レンズモールドが色素を含むことを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の光電気複合基板。
  8. 前記光素子と前記レンズモールドとの間に絶縁膜が配置されていることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載の光電気複合基板。
  9. 前記光素子と前記レンズモールドとの間に絶縁膜が配置され、前記絶縁膜の厚みが、前記薄型光素子から出力される光の波長の半波長の厚み、または前記薄型光素子へ入力される光の波長の１／４波長の厚みであることを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか一項に記載の光電気複合基板。
  10. 前記レンズ素子が前記レンズモールドの内部に形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれか一項に記載の光電気複合基板。
  11. 前記レンズ素子が前記レンズモールドの内部に形成された屈折率分布による屈折率分布型レンズであることを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれか一項に記載の光電気複合基板。
  12. 前記レンズ素子が前記レンズモールドの表面に形成されたフレネルレンズ、回折格子、または屈折レンズのいずれかであることを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれか一項に記載の光電気複合基板。
  13. 基板と、前記基板上に位置する、受光素子と、前記受光素子上に位置し、前記基板の少なくとも一部と接するレンズモールドと、を含み、前記レンズモールドがレンズ素子を含み、前記レンズ素子が前記受光素子の受光面と重なる位置にあり、前記レンズモールドが樹脂であり、前記レンズ素子が前記レンズモールドの表面または内部に形成されていることを特徴とする光電気複合基板。
  14. 基板と、前記基板上に位置する、発光素子および受光素子と、前記基板上に位置し、前記発光素子に第１配線を介して電気的に接続される第１電気回路と、前記基板上に位置し、前記受光素子に第２配線を介して電気的に接続される第２電気回路と、前記光素子上に位置し、前記基板の少なくとも一部と、前記第１電気回路の少なくとも一部と、および前記第２電気回路の少なくとも一部とに接するレンズモールドと、を含み、前記レンズモールドが第１レンズ素子と第２レンズ素子とを含み、前記第１レンズ素子が前記発光素子の発光面と重なる位置にあり、前記第２レンズ素子が前記受光素子の受光面と重なる位置にあることを特徴とする光電気複合基板。
  15. 請求項１乃至請求項１４のいずれか一項に記載の光電気複合基板を備えることを特徴とする電子機器。
  16. 基板上に光素子と、前記光素子に電気的に接続される電気回路と、を形成する工程と、前記光素子および前記電気回路上に光硬化樹脂を塗布する工程と、前記光硬化樹脂上に遮光部と、光学素子パターンが形成されている光透過部とを有するマスクを配置する工程と、前記マスクに光を照射し、前記光硬化樹脂の一部を硬化し、前記光硬化樹脂の前記光学素子パターンに接触する部分に光学素子を形成する工程と、を含むことを特徴とする光電気複合基板の製造方法。
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