WO2006115248A1 - 光結合構造並びに光伝送機能内蔵基板およびその製造方法 - Google Patents

光結合構造並びに光伝送機能内蔵基板およびその製造方法 Download PDF

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Definitions

  • Optical coupling structure substrate incorporating optical transmission function, and method of manufacturing the same
  • the present invention relates to an optical coupling structure including an optical waveguide and an optical transmission body arranged in a direction perpendicular to the optical waveguide, and a substrate with an optical transmission function including the optical coupling structure and a method of manufacturing the same.
  • the operating speed of the semiconductor device and the number of signal input / output terminals tend to increase in the future.
  • the number of signal lines on the circuit board on which the semiconductor device is mounted has
  • the wiring density also tends to be high. Accordingly, signal attenuation in the electrical wiring formed on the mounting substrate and crosstalk between adjacent wirings significantly increase, which is a serious problem.
  • signal attenuation in the electrical wiring formed on the mounting substrate and crosstalk between adjacent wirings significantly increase, which is a serious problem.
  • an electrical signal input to and output from a semiconductor device is converted into an optical signal, and signal light carrying the optical signal is formed by optical wiring such as an optical waveguide formed on a mounting substrate.
  • optical transmission technology to be transmitted is considered.
  • a semiconductor laser (LD) or a light emitting diode (LED) mainly made of a compound semiconductor is used on the transmission output side for the photoelectric conversion unit that converts the optical signal and the electric signal.
  • an optical semiconductor device such as silicon (Si) or a photodiode (PD) made of compound semiconductor is used.
  • VCSELs are widely used as high-performance and low-cost light sources for transmission.
  • the photodiode is generally a planar light receiving type in which the light receiving portion is on the crystal plane. Used in
  • an optical waveguide made of an optical glass, a single crystal, or a polymer light, in which a region of a high refractive index to be a core portion is covered with a low refractive index material It is made using
  • FIG. 8 is a cross-sectional view showing a representative example of a conventional optical coupling structure, and is an example of the photoelectric wiring board disclosed in Patent Document 1.
  • the optical wiring layer 103 and the electrical wiring 105 are formed on the substrate 100.
  • the signal light emitted from the laser diode 101 is vertically incident on the upper cladding portion 103b constituting the optical wiring layer 103, as indicated by the broken line in the figure, and passes through the core pattern 103a to reach the lower portion. The light enters the cladding portion 103c.
  • the propagation direction is converted to the wiring direction of the optical wiring layer 103 by the mirror member 104 disposed in the optical wiring layer 103 in the lower cladding part 103 c and enters the core part 103 a of the optical wiring layer 103. ing.
  • the mirror member 104 moves upward with respect to the optical wiring layer 103.
  • the direction is changed vertically, and after passing through the core portion 103a and the upper cladding portion 103b, the light is incident on the photodiode 102.
  • an optical waveguide is formed between a lower substrate and an upper substrate, and a planar optical semiconductor device of a laser diode and a photodiode is provided on the upper substrate.
  • the active region of each device faces the substrate surface, and the transparent resin is disposed in the through hole provided between each device and the optical waveguide, so that each device and the optical waveguide are optically Combined with Since the optical axis of each device and the optical axis of the optical waveguide are orthogonal to each other, mirror members having an optical path conversion surface of 45 ° are formed at both ends of the optical waveguide.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-50293
  • Patent Document 2 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-20767 Disclosure of the invention
  • the efficiency of the optical coupling between the planar optical semiconductor device of the laser diode 101 and the photodiode 102 and the optical waveguide of the optical interconnection layer 103 is obtained.
  • the spot size of the signal light is expanded to several times or more the emitting point.
  • the signal light spreads radially while propagating through the lower cladding portion 103c formed to cover the reflection surface. Therefore, at the time when the core portion 103a of the optical wiring layer 103 is reached, the spot size of the signal light is expanded several times to several tens of times of the emission point, and the core portion formed with a cross section size of several tens / zm square It is much larger than 103a.
  • the signal light does not efficiently enter the core section 103a, and the transmission level of the signal light in the optical wiring layer 103 naturally decreases, and the signal-to-noise ratio (SZN ratio) and the dynamic range of signal modulation I could not get it high, and a problem occurred.
  • SZN ratio signal-to-noise ratio
  • the transparent resin is filled in the through hole between the optical semiconductor device and the optical waveguide, but this transparent resin has a uniform refractive index.
  • the effect of confining signal light and propagating it while totally reflecting is not sufficient, so it is easy for loss to occur
  • the force of forming the 45 ° optical path conversion surface by cutting the end of the optical waveguide with the complete dicer cutting machine is used for cutting the blade of the complete dicer cutting machine. Since the direction is constant, the light emitting device and the light receiving device are always on the same side with respect to the optical waveguide.
  • both the light emitting device and the light receiving device are disposed on the same surface of the substrate. That is, it was not possible to place the light emitting device on one side and the light receiving device on the other side. Therefore, as in the case of the conventional electrical wiring substrate, the degree of freedom in the design of arranging the optical wiring layer freely between the front and back surfaces of the substrate and between the plurality of layers included in the substrate is limited. .
  • the present invention has been made in consideration of the problems in the prior art as described above, and an object thereof is to improve the efficiency of input / output signal light in optical coupling between a planar optical semiconductor device and an optical waveguide. It is an object of the present invention to provide an optical coupling structure which can be well propagated and transformed to enhance the coupling efficiency of optical coupling between the planar optical semiconductor device and the optical waveguide.
  • Another object of the present invention is to realize an optical transmission function built-in substrate having high efficiency and high efficiency and low power consumption using the optical coupling structure of the present invention.
  • Still another object of the present invention is to realize an optical transmission function built-in substrate in which the optical coupling structure of the present invention can be freely disposed between both surfaces of the substrate and inside the substrate, and a method of manufacturing the same.
  • the present invention for achieving the above object provides the following configurations.
  • the optical coupling structure according to the present invention includes an optical waveguide, a cylindrical refractive index distribution body whose refractive index is lowered toward the central portion in the radial direction in the radial direction, the optical waveguide and the refractive index distribution body And an optical path conversion surface optically coupled to both the optical waveguide and the refractive index distribution body.
  • the refractive index distribution body has a refractive index distribution formed so as to be reduced stepwise in a radial direction from the central portion to the peripheral portion.
  • the refractive index distribution body has a refractive index distribution formed so as to be gradually lowered concentrically in a radial direction from the central portion to the peripheral portion.
  • the refractive index distribution body is formed of a photosensitive polymer material, and the refractive index distribution is formed by irradiation of ultraviolet light.
  • the optical waveguide is formed of a photosensitive polymer material, and a core part and a clad part around the core part are formed by the irradiation of ultraviolet light.
  • the light path conversion surface includes a light reflecting surface inclined with respect to the optical axis of the refractive index distribution body, and the light reflecting surface is a portion between the core portion and the cladding portion of the optical waveguide. It is formed at a bend in the interface.
  • the light path conversion surface includes a light reflecting surface that is inclined 45 degrees with respect to the optical axis of the refractive index distribution body.
  • the optical path changing surface and the end of the optical waveguide face each other at an interval.
  • the optical semiconductor devices are respectively surface emitting laser diodes or surface receiving photodiodes.
  • the light transmission function built-in substrate of the present invention has the light coupling structure and the substrate, the light waveguide and the optical path conversion surface are formed on the substrate, and the refractive index distribution body is the above. Formed through the substrate!
  • a light transmission function built-in substrate further includes the light coupling structure, a first substrate, and a second substrate disposed in parallel to the first substrate, wherein the optical waveguide And the optical path conversion surface is formed between the first and second substrates, and the refractive index distribution body is formed through the first or second substrate.
  • the substrate with a built-in light transmission function of the present invention further comprises the light coupling structure and the substrate, wherein the optical waveguide and the optical path conversion surface are formed on one surface of the substrate.
  • a device is disposed on the other side of the substrate, and the index profile is the group Formed through the board!
  • a light transmission function built-in substrate further includes the light coupling structure, a first substrate, and a second substrate disposed in parallel with the first substrate, and the optical waveguide And the optical path conversion surface is formed between the first and second substrates, and the optical semiconductor device is opposite to the surface of the first or second substrate on which the optical waveguide and the optical path conversion surface are formed. It is disposed on the side surface, and the refractive index distribution body is formed through the first or second substrate.
  • the substrate with a light transmission function of the present invention is formed between a first substrate, a second substrate disposed parallel to the first substrate, and the first and second substrates.
  • An optical waveguide, first and second refractive index distributors formed through the first and second substrates at spaced positions on the optical waveguide, the optical waveguide and the optical waveguide, and A first light path conversion surface optically coupled to both the optical waveguide and the first refractive index distribution body for converting the optical path between the first refractive index distribution body;
  • the optical waveguide and the first optical path conversion surface A second optical path conversion surface optically coupled to both the optical waveguide and the second refractive index distribution body, for converting the optical path between the two refractive index distribution bodies;
  • the optical waveguide, the first refractive index distribution body, and the first optical path conversion surface form the optical coupling structure
  • the optical waveguide, the second refractive index distribution body, and the second optical path conversion surface form the optical coupling structure.
  • an optical waveguide formed inside the substrate, a cylindrical refractive index distributor, an optical path between the optical waveguide and the refractive index distributor
  • the step of forming the optical path conversion surface is ,
  • the method includes the steps of: forming the light reflecting surface by covering the inclined surface with a light reflecting film; and forming a cladding portion on the core portion including the light reflecting film.
  • an optical waveguide formed inside the substrate, a cylindrical refractive index distributor, an optical path between the optical waveguide and the refractive index distributor
  • the step of forming the optical path conversion surface is ,
  • a cylindrical refractive index distribution body whose refractive index decreases in the radial direction from the central portion toward the peripheral portion propagates light while confining light in the central portion. It works. Therefore, in an optical coupling structure having an optical waveguide, a refractive index distribution body, and an optical path conversion surface optically coupled to both of them for converting the optical path between them, the refractive index distribution force is obtained.
  • the light efficiently propagated in the refractive index distribution body by the light confinement function is efficiently incident on the optical path conversion surface, the optical path conversion surface converts the optical path in the optical axis direction of the optical waveguide, and is efficiently incident on the optical waveguide. can do.
  • the light propagating in the optical waveguide is converted in the optical axis direction of the refractive index distribution body by the optical path conversion surface, and is incident on the refractive index distribution body, and the light confinement effect causes the efficiency in the refractive index distribution body. It can propagate well.
  • the refractive index of the refractive index distribution body when the refractive index of the refractive index distribution body is lowered stepwise toward the central force peripheral portion, the signal light is reflected at the boundary of the refractive index and Since the light is confined and propagated in the high refractive index region at the center, higher efficiency signal light propagation can be realized as compared with the case where the refractive index distribution body has a uniform refractive index.
  • the signal light when the refractive index of the refractive index distribution body is gradually lowered concentrically toward the central portion around the central portion, the signal light has a central portion of the refractive index distribution body. Since the light is confined and propagated while meandering, signal light can be propagated in a wider band.
  • the refractive index distribution body is formed of a photosensitive polymer material in the light coupling structure of the present invention
  • a low refractive index region is formed in the peripheral portion by irradiation of ultraviolet light
  • the refractive index distribution body can be formed simply by shielding only the central portion and disposing a mask having an opening at the periphery and exposing the ultraviolet light through the mask, the light can be formed by a simpler manufacturing process.
  • a coupled structure can be realized.
  • the clad portion which is a low refractive index region is formed around the core portion by the irradiation of the ultraviolet light.
  • the optical waveguide can be formed only by an exposure process using a photo mask that is a dark part that shields a portion corresponding to the core pattern of the optical waveguide, so that the manufacturing process of the optical waveguide can be completed in a short time. And its manufacturing cost can be reduced.
  • the optical path conversion surface when the optical path conversion surface is formed by bending the interface between the core portion and the cladding portion of the optical waveguide, it is not necessary to attach a separate mirror member.
  • the optical waveguide When the optical waveguide is formed inside the substrate (or between two substrates), the core portion is sandwiched between the upper cladding portion and the lower cladding portion, and the interface between the core portion and the cladding portion is 2
  • there is an optical path conversion surface that converts the optical path between the core and the one interface side of the cladding and the other interface Any of the light diverting surfaces that transform the light path between the sides can be formed.
  • the light path conversion surface has a light reflection surface inclined at 45 degrees with respect to the optical axis of the refractive index distribution body
  • the signal light propagated along the optical axis Since the light is reflected in the direction perpendicular to the optical axis of the refractive index distributor, the propagation direction of the signal light of the refractive index distributor arranged with the optical axis perpendicular to the surface of the substrate relative to the surface of the substrate It can be converted so as to be parallel to the optical axis of the optical waveguide disposed with the optical axis parallel.
  • the optical coupling structure of the present invention when the optical path conversion surface and the end of the optical waveguide face each other at an interval, the propagation light from the optical path conversion surface is Since coupling can be performed so as to be incident perpendicularly to the end, highly efficient optical coupling can be realized between the refractive index distribution body and the optical waveguide through the optical path conversion surface.
  • an optical semiconductor device optically coupled to the optical waveguide through the refractive index distribution body and the optical path conversion surface and having the active region facing the refractive index distribution body is provided.
  • the output light of the active region of the optical semiconductor device efficiently propagates through the refractive index distribution body due to the light confinement effect of the refractive index distribution body and enters the light path conversion surface, and the light path conversion surface
  • the optical path can be changed in the optical axis direction of the optical waveguide, and the light can be efficiently incident on the optical waveguide.
  • the light entering the active region of the optical waveguide device changes its optical path in the direction of the optical axis of the refractive index distributor by the optical path conversion surface optically coupled to the optical waveguide, and enters the refractive index distributor.
  • the refractive index distribution body can be efficiently propagated by the optical confinement action of the refractive index distribution body to be incident on the active region of the optical semiconductor device.
  • the optical coupling structure of the present invention by providing the refractive index distribution body having the optical confinement function, the coupling efficiency of the optical coupling between the optical semiconductor device and the optical waveguide can be increased compared to the conventional structure. It is possible to realize high quality and high speed signal transmission with high energy efficiency.
  • the refractive index distribution body is made to face the active region of these optical semiconductor devices. Since high-efficiency optical coupling can be easily configured simply by mounting, it is possible to easily realize a high-efficient optical coupling structure without using special components.
  • the substrate with built-in light transmission function of the present invention combining the light coupling structure described above with one or two of the substrates, an optical waveguide is provided on the substrate and between Z or the substrate.
  • the refractive index distribution body at least one and disposing the optical semiconductor device on Z or the substrate, the effects as described for the above-mentioned optical coupling structure can be achieved. Therefore, according to the substrate with a built-in light transmission function of the present invention, it is possible to realize a substrate with a built-in light transmission function having high performance and high efficiency and low power consumption by using the light coupling structure of the present invention. it can.
  • the refractive index distribution body and the second formed on the first substrate are used in the optical waveguide formed between the first substrate and the second substrate.
  • An optical path conversion surface can be formed which can be optically coupled to any of the refractive index distributors formed on the substrate. That is, in the optical waveguide, the core portion is sandwiched between the upper cladding portion and the lower cladding portion, and there are two boundary surfaces between the core portion and the cladding portion.
  • the optical path conversion surface that converts the optical path between the core portion and the boundary side of one of the cladding portions and the optical path conversion that converts the optical path between the other boundary side Deviations of the surface can also be formed.
  • FIG. 1 is a view showing a schematic configuration in an example of an embodiment of the light coupling structure of the present invention and the light transmission function built-in substrate of the present invention using the same, (a) being a plan view, (b) being (a) ) Is a cross-sectional view taken along the line A-A '.
  • 1 is an optical semiconductor device
  • 2 is a refractive index distribution body
  • 3 is an optical path conversion body having an optical path conversion surface 3a
  • 4 is an optical waveguide
  • 4a is a core portion
  • 4b is an upper cladding portion
  • 4c indicate the lower cladding part.
  • 5 is an upper substrate which is a second substrate disposed on a first substrate to be described later
  • 6a and 6b are not shown in the case of the electrodes and electric wiring "a) formed on the upper substrate 5, respectively.
  • 7 shows a lower substrate which is a first substrate
  • 8 schematically shows a signal light 8.
  • the upper substrate 5 and the lower substrate 7 constitute an internal substrate for light transmission function. It is done.
  • the optical coupling structure of the present invention is an optical waveguide for converting the optical path between the optical waveguide 4, the refractive index distribution body 2, the optical waveguide 4 and the refractive index distribution body 2. And an optical path conversion surface 3a optically coupled to both of the refractive index distribution body 2 and the refractive index distribution body 2.
  • the refractive index distribution body 2 has a cylindrical shape, and the refractive index decreases in the radial direction from the center to the periphery. ing. Although it is preferable that the refractive index distribution body 2 extend perpendicularly to the optical waveguide 4, it does not have to be perpendicular as long as it can be optically coupled to the optical waveguide 4.
  • the light transmission function built-in substrate using this light coupling structure is, for example, an optical path of the light path conversion body 3 provided in the substrate consisting of the upper substrate 5 and the lower substrate 7 (between the upper substrate 5 and the lower substrate 7).
  • the optical waveguide 4 optically coupled to the conversion surface 3 a and the optical semiconductor device 1 mounted on the upper substrate 5 with the active region facing the optical path conversion surface 3 a are the activation of the optical semiconductor device 1 of the upper substrate 5. It is optically coupled via a cylindrical refractive index distributor 2 formed of a photosensitive polymer material, provided so as to penetrate between the region and the optical path conversion surface 3a.
  • the optical semiconductor device 1 is a semiconductor laser which is a light emitting device, a light emitting diode or the like, or a photodiode which is a light receiving device.
  • the case where the optical semiconductor device 1 is a light emitting device will be described as an example.
  • the optical semiconductor device 1 is mounted on the electrodes 6a and 6b formed on the upper substrate 5 with the light emitting point (not shown) which is an active region directed to the upper substrate 5, and the electrodes (shown in FIG. ) Are joined to the electrodes 6a, 6b. Solder alloys and conductive adhesives can be used as the bonding material.
  • the optical semiconductor device 1 is disposed at a predetermined position so that the light emitting point is optically coupled to the optical path conversion surface 3 a via the refractive index distribution body 2. In order to realize this, the optical semiconductor device 1 is precisely positioned using an image processing apparatus or the like.
  • the optical semiconductor device 1 For the optical semiconductor device 1, current is applied in the forward direction to the anode electrode force cathode electrode through the electrodes 6a and 6b.
  • a current can be made to flow in the forward direction by the mounting 'junction structure as shown in FIG.
  • the anode electrode and the force sort electrode are separately formed on the lower surface and the upper surface of the optical semiconductor device 1, a structure in which a metal thin wire is bonded to the electrode on the upper surface opposite to the lower surface which is the mounting surface.
  • the current can flow in the forward direction by (not shown). Thereby, the active region light of the optical semiconductor device 1 which is a light emitting device is emitted.
  • the light emitting point of the optical semiconductor device 1 is formed on the upper substrate 5 constituting the light transmission function built-in substrate.
  • a cylindrical refractive index distributor 2 made of a photosensitive polymer material is provided at opposite positions. Further, the refractive index distribution body 2 penetrates the upper substrate 5 between the light emitting point of the optical semiconductor device 1 and the light path conversion surface 3 a of the optical path conversion body 3.
  • the refractive index distributor 2 is a cylindrical optical waveguide member having a size corresponding to the active region of the optical semiconductor device 1 and the optical path conversion surface 3a as shown in the drawing.
  • the diameter of the refractive index distribution body 2 is made sufficiently large with respect to the size of the light emitting point of the optical semiconductor device 1 and the emitted light emitted therefrom.
  • the distribution of refractive index of the refractive index distribution body 2 is high at the central portion 2 a in the radial direction and low at the peripheral portion 2 b.
  • Such concentric distribution of refractive index has more optical confinement effect that can confine signal light at the center.
  • the refractive index distribution body 2 propagates the signal light along the central axis, that is, the optical axis.
  • Such a refractive index distribution body 2 is roughly classified into two types.
  • One is a step-like refractive index distribution body in which the central portion 2a force of which the refractive index of the central portion 2a is higher than that of the peripheral portion 2b by, for example, a few percent is lowered toward the peripheral portion 2b.
  • the other is a graded refractive index distribution body in which the refractive index gradually decreases from the central portion 2a to the peripheral portion 2b with the refractive index gradually decreasing toward the central axial force peripheral portion. .
  • the refractive index distributor 2 in the light coupling structure of the present invention is preferably formed of a photosensitive polymer material.
  • a photosensitive polymer material for example, a polysilane-based polymer resin which causes a photobleaching phenomenon in which a refractive index decreases when irradiated with light, or a photosensitive acrylic resin which increases the refractive index of a portion irradiated with light.
  • fatty epoxy resin As light used at this time, ultraviolet light whose wavelength is in the ultraviolet region is used.
  • a refractive index distribution body 2 having a portion and a peripheral portion 2b (cladding portion) can be formed. That is, the refractive index distribution body 2 having a desired refractive index distribution can be formed in a short time and at low cost.
  • FIGS. 2 (a) to 2 (d) are main-portion cross-sectional views showing each example of the method of forming the refractive index distribution body 2 in the optical coupling structure of the present invention in a form penetrating the upper substrate 5. It is. First, as shown in FIG. 2 (a), a through hole 5a penetrating the upper substrate 5 is formed. The position of the through hole 5a corresponds to the position of the active region of the optical semiconductor device 1 mounted in a later step and the position of the light path conversion surface 3a of an optical path conversion member 3 formed in the same later step. .
  • the upper substrate 5 and the lower substrate 7 constituting the substrate with a built-in light transmission function of the present invention may be a circuit substrate made of an organic material, or a ceramic or glass used as a circuit substrate on which the optical semiconductor device 1 is mounted. , A circuit board made of silicon or the like.
  • a hole caulking with a drill or a hole machining with a laser may be used as a method of forming such through holes 5a in the upper substrate 5.
  • the through holes 5a are filled with a liquid photosensitive polymer material 2 ′.
  • a liquid photosensitive polymer material 2 ′ As the filling method, an injection method using a syringe or a suction method using vacuum suction may be used.
  • the liquid photosensitive polymer material 2 ' when the liquid photosensitive polymer material 2 'is filled in the through hole 5a, the liquid photosensitive polymer material 2' does not overflow from the through hole 5a or is not insufficient.
  • the upper and lower end surfaces thereof are filled so as to be substantially flush with the upper and lower surfaces of the upper substrate 5, respectively.
  • irradiation of ultraviolet light is performed from the direction perpendicular to the upper substrate 5 through the photomask 9.
  • the photomask 9 for example, one in which a circular light shielding portion 9 b having a diameter smaller than that of the through hole 5 a is formed as a mask pattern is used.
  • 9a is a light transmission part.
  • the light shielding portion 9 b is formed as a mask pattern corresponding to the central portion 2 a of the refractive index distribution body 2.
  • the whole is heated at about 100 ° C. for several tens of minutes to perform so-called post-beta.
  • the refractive index distribution body 2 is completed.
  • the refractive index distribution body 2 formed by the forming method of FIG. 2 has a step-like refractive index distribution body 2 in which the refractive index becomes lower toward the central portion 2a force toward the peripheral portion 2b in a stepwise manner. It is. In this manner, the refractive index is lowered in a stepwise manner from the central portion 2a to the peripheral portion 2b, whereby the light of the optical semiconductor device 1 mounted on the upper substrate 5 and the light of the refractive index distribution body 2 are obtained.
  • the axes are in the same direction. Therefore, the signal light is confined by the high refractive index region of the central portion 2 a and is propagated while being reflected by the boundary surface of the refractive index in the refractive index distribution body 2.
  • the light coupling efficiency before and after the refractive index distribution body 2 can be made higher than in the case of the inclined refractive index distribution.
  • a photosensitive polymer material is used in which the refractive index of the portion irradiated with ultraviolet light is increased.
  • a photosensitive polymer material for example, an acrylic resin epoxy resin
  • the photomask is formed with a force to form a light shielding portion corresponding to the peripheral portion 2b which is a portion to be lowered in refractive index, or a light transmitting portion or an opening corresponding to the central portion 2a to be a portion to be increased in refractive index. Be done.
  • the stepped refractive index distribution body 2 having a high refractive index in the central portion 2a can be formed.
  • FIG. 3 is a view showing a method of forming a refractive index distribution body 2 having a graded refractive index distribution from a photosensitive polymer material causing a photobleaching phenomenon.
  • Figures 3 (a) and (b) are cross-sectional views of the main parts in the same process as in Figures 2 (c) and (d), and the same parts as in Figure 2 are assigned the same reference numerals.
  • FIG. 3 (a) when the photomask 9 is used with a mask pattern having a light shielding portion 9b in which the circular central force is also directed toward the periphery and the light transmittance is gradually increased, the light amount proportional to the light transmittance is used.
  • the ultraviolet light of the light is irradiated to the photosensitive polymer material 2 ', and the decrease of the refractive index becomes larger as it goes to the outside in the radial direction, and as a result, the central portion as shown in FIG. 3 (b)
  • an inclined refractive index distribution body 2 comprising 2a and a peripheral portion 2b to be a clad portion.
  • An example of the refractive index distribution in the diametrical direction in the inclined refractive index distribution body 2 is shown by a diagram in FIG. 3 (c).
  • the horizontal axis represents the diameter direction r of the refractive index distribution body
  • the vertical axis represents the refractive index n
  • the characteristic curve represents the refractive index distribution.
  • the refractive index gradually decreases in a so-called bell-shaped characteristic curve directed toward the peripheral portion 2b along the diameter direction in which the refractive index is highest at the center of the refractive index distribution body 2.
  • the signal light In the graded refractive index distribution body 2, the signal light is confined and transmitted while meandering at the central portion 2a. Therefore, the signal light is reflected at the interface of the refractive index compared to the stepped refractive index distribution body. It is possible to prevent the occurrence of the phase shift that occurs at the time of At the same time, since the difference in group velocity due to the propagation path difference of the signal light can be reduced, the propagation of the signal light in a wider band becomes possible.
  • the low refractive index region when the low refractive index region is formed in the peripheral portion 2 b of the refractive index distribution body 2, the confinement effect of the signal light can be enhanced, so the refractive index distribution body 2 to the outside Light leakage can be reduced. Further, the low refractive index region can be easily and surely formed in the peripheral portion 2b by the irradiation of the ultraviolet light.
  • An optical path conversion body 3 having 3a and an optical waveguide 4 optically coupled to the optical path conversion surface 3a are formed.
  • the optical semiconductor device 1 mounted on the upper substrate 5 and the optical waveguide 4 in the light transmission function-containing substrate are optically coupled via the refractive index distribution body 2 and the optical path conversion surface 3a.
  • the optical waveguide 4 provided in the substrate is provided parallel to the surface of the substrate, but if it can be optically coupled with the refractive index distributor 2, the surface of the substrate is It does not have to be parallel.
  • FIGS. 4 (a) to 4 (g) show an example of the method of forming the light path conversion surface 3a and the optical waveguide 4 in the order of steps. It is the principal part sectional view which The cross-sectional view of each main part shows the cross-sectional view of the main part corresponding to the cross-sectional view taken along line AA 'shown in FIG.
  • the case of using a photosensitive polymer material having a photobleaching phenomenon as in the method of forming the refractive index distributor 2 described above is shown as an example.
  • the optical path conversion body 3 is a triangular prism having a right-angled isosceles triangle with the cross section being the optical path conversion surface 3a as the oblique side, and is formed of glass, metal, resin or the like. Be done. Then, one surface forming a right angle in the cross section is placed on the lower substrate 7, and the surface forming the oblique side in the cross section is disposed toward the optical waveguide side which is an optical path. In order to fix the light path conversion body 3 on the lower substrate 7, an adhesive may be used, or a metal bonding method such as solder may be used.
  • the optical path conversion body 3 On the slope of the optical path conversion member 3 which is at an angle of approximately 45 degrees with respect to the upper surface of the lower substrate 7, the emitted light from the optical semiconductor device 1 to the optical waveguide 4 or the optical waveguide 4 to the optical semiconductor device 1 A metal coating (not shown), which is a light reflecting film to increase the reflectance of incident light, is applied, whereby the slope of the light path conversion body 3 functions as a light path conversion surface 3a that performs good light reflection. .
  • the optical path conversion body 3 has a function of performing optical path conversion of the signal light. That is, the optical path conversion body 3 converts the signal light vertically incident on the lower substrate 7 from the optical semiconductor device 1 via the refractive index distribution body 90 by 90 degrees in the direction parallel to the upper surface of the lower substrate 7.
  • the optical path conversion body 3 converts the signal light traveling parallel to the upper surface of the lower substrate 7 from the optical waveguide 4 into a direction perpendicular to the lower substrate 7 by 90 degrees and bends it toward the optical waveguide device 1. Advance the rate distribution body 2.
  • the light path conversion surface 3 a When the light path conversion surface 3 a is a slope inclined 45 degrees with respect to the upper surface of the lower substrate 7, the light of the refractive index distribution body 2 disposed perpendicularly to the upper surface of the lower substrate 7. It also becomes a light reflecting surface inclined 45 degrees to the axis. As described above, when the light path conversion surface 3 a has a light reflection surface inclined 45 degrees with respect to the optical axis of the refractive index distribution body 2, the signal light propagated along the optical axis of the refractive index distribution body 2. Is reflected in the direction perpendicular to the optical axis of the refractive index distribution body 2.
  • the propagation direction of the signal light is set so that the optical path conversion surface 3a is parallel to the optical axis of the optical waveguide 4 disposed with the optical axis perpendicular to the optical axis of the refractive index distribution body 2. It can be converted.
  • a photosensitive polymer material similar to the material for forming the refractive index distributor 2 is fixed. Apply in thickness and pre-plate. The reflection of signal light can be reduced by using the same material as the refractive index distribution body.
  • the lower clad portion 4c of the optical waveguide 4 is formed.
  • a photosensitive polymer material to be the core portion 4a of the optical waveguide 4 is coated again on the lower clad portion 4c, prebetared, and solidified.
  • This prebeta may be about 100 ° C for several minutes.
  • the upward force is also exposed to ultraviolet light through the photomask 9 on which the light shielding portion 9 b corresponding to the desired putter of the core portion 4 a of the optical waveguide 4 is formed. Do. As a result, the refractive index of the portion exposed to the ultraviolet light is reduced according to the exposure time and the amount of light.
  • the core portion 4a is formed as shown in FIG. 4 (e).
  • the entire surface of the photosensitive polymer material is exposed to ultraviolet light for a certain period of time without using a photomask. This causes a photobleaching phenomenon to occur at a certain depth from the top surface.
  • the upper clad 4b is formed as shown in FIG. 4 (g).
  • the optical waveguide layer 4 having the core portion 4a surrounded by the upper cladding portion 4b and the lower cladding portion 4c having a low refractive index is formed.
  • the lower substrate 7 thus formed is positioned with each other, joined with an adhesive or the like, and integrated. Thereby, it is possible to obtain the substrate with a light transmission function of the present invention having the light coupling structure of the present invention.
  • the signal light which is emitted light generally spreads radially within a full-width half-maximum (spreading angle) range of 20 degrees and 30 degrees.
  • the thickness of the common electrodes 6a and 6b is several / z m, the signal light will be incident on the refractive index distribution body 2 with approximately the same size as the beam spot of the outgoing light. Reflective confinement of signal light is performed (in the case of a step index body).
  • the signal light propagates while meandering in the refractive index distribution body 2 (in the case of the inclined refractive index distribution body).
  • the optical semiconductor device 1 is a surface emitting laser diode
  • optical coupling is easily configured only by mounting the optical semiconductor device 1 on the upper substrate 5 with the active region facing the upper substrate 5 side. it can. Therefore, a highly efficient optical coupling structure can be easily realized without using special parts.
  • the optical waveguide 4 can be formed only by the exposure process with ultraviolet light exposure, so that the manufacturing process can be simplified and the manufacturing cost can be reduced. be able to.
  • the optical waveguide 4 forms the cladding 4 b which is a low refractive index region around the core 4 a by ultraviolet light exposure, a dark portion that shields the portion corresponding to the core pattern of the optical waveguide 4 Since the optical waveguide 4 can be formed only by the exposure process using the photomask, the manufacturing process of the optical waveguide 4 can be completed in a short time, and the manufacturing cost can be reduced.
  • the refractive index distribution body 2 When the refractive index distribution body 2 is a stepped refractive index distribution body, the signal light from the refractive index distribution body 2 spreads at an angle according to the refractive index difference between the central portion 2 a and the peripheral portion 2 b. It becomes. In this case, the divergence angle can be controlled to a desired value by adjusting the refractive index difference.
  • the refractive index distribution body 2 is a sloped refractive index distribution body, the signal light meanders in the refractive index distribution body 2 with a constant period. In this case, since the signal light is confined and propagated while meandering in the central portion 2a, it is possible not to generate a phase shift that occurs when the signal light is reflected on the interface of the refractive index. In addition, since the difference in the group velocity due to the propagation path difference of the signal light can be reduced, the propagation of the signal light in a wider band becomes possible.
  • the signal light emitted through the refractive index distribution body 2 is the upper clad portion 4 of the optical waveguide 4.
  • the light is transmitted through b, the traveling direction is converted by 90 degrees by the optical path conversion surface 3a of the optical path conversion body 3, and the light is incident on the core portion 4a of the optical waveguide 4 and propagates inside.
  • the end face of the core portion 4 a of the optical waveguide 4 is perpendicular to the traveling direction of the signal light, and is opposed to the optical path conversion surface 3 a near the pole of the optical path conversion member 3 with an interval d.
  • the propagating light from the conversion surface 3a is incident on the end of the optical waveguide 4 at a right angle with certainty. Therefore, the amount of signal light incident on the core portion 4a of the optical waveguide 4 by optical coupling via the optical path conversion surface 3a is higher than in the conventional optical coupling structure shown in Patent Document 1.
  • the optical semiconductor device 1 is a surface emitting device.
  • the optical semiconductor device 1 is a surface light reception type device
  • the emission from the signal light propagates, the light path conversion by the reflection on the light path conversion surface 3a, and the incidence to the optical waveguide 4 are in the reverse order. That is, the signal light propagating through the optical waveguide 4 is emitted from the core portion 4 a, is reflected by the optical path conversion surface 3 a of the optical path conversion body 3, is converted 90 degrees in the optical path, and enters the refractive index distribution body 2. Then, the signal light reaches the active region of the surface light receiving type optical semiconductor device 1 such as a surface light receiving type photodiode and is received.
  • the surface light receiving type optical semiconductor device 1 such as a surface light receiving type photodiode
  • the light semiconductor device 1 is a surface emitting laser diode or a surface receiving photodiode
  • the light waveguide device 1 is placed on the upper substrate 5 and the active region is Since the optical coupling can be easily configured only by facing and mounting on the substrate 5 side, it is possible to easily realize a highly efficient optical coupling structure without using special parts.
  • the optical semiconductor device 1 of the surface emitting device and the optical semiconductor device 1 of the surface receiving device are the same substrate (for example, The optical coupling structure of the present invention is embedded in the substrate (substrate composed of the upper substrate 5 and the lower substrate 7) by mounting and fixing the same on the upper substrate 5) and making them correspond to each other. Can be transmitted.
  • FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing another embodiment of the light coupling structure of the present invention and the light transmission function built-in substrate using the light coupling structure.
  • the light transmission function built-in substrate shown in FIG. 5 comprises an upper substrate 5, a lower substrate 7 disposed parallel to the upper substrate 5, an optical waveguide 4 formed between the upper substrate 5 and the lower substrate 7, and an upper substrate 5
  • a first optical path conversion surface 31a optically coupled to the first refractive index distribution body 21 formed through and the optical waveguide 4 and the first refractive index distribution body 21 for converting the optical path between them.
  • Have The first refractive index distribution body 21 has the same configuration as any refractive index distribution body 1 in the above-described embodiment. Therefore, the optical waveguide 4, the first refractive index distribution body 21, and the first optical path conversion surface 31 a form the above-described optical coupling structure of the present invention.
  • the second light path conversion surface is opposed to the first light path conversion surface 31a at a position on the light guide 4 separated from the first light path conversion surface 31a.
  • a face 32a is provided.
  • a second refractive index distribution body 22 is formed through the lower substrate 7, and the second optical path conversion surface 32 a is optically coupled to the optical waveguide 4 and the second refractive index distribution body 22. And convert the light path between them.
  • the second refractive index distribution body 22 also has the same configuration as any refractive index distribution body 1 in the above-described embodiment. Therefore, the optical waveguide 4, the second refractive index distribution body 22, and the second optical path conversion surface 32 a form the above-described optical coupling structure of the present invention.
  • the optical waveguide 4 provided in the substrate is provided in parallel to the surface of the substrate, but it can be optically coupled to the first and second refractive index distributors 21 and 22. It does not have to be parallel to the plane of the board.
  • the broken line in FIG. 5 schematically shows the optical path of the signal light.
  • One of the optical paths of the signal light propagates through the first refractive index distribution body 21 and is converted to the optical waveguide 4 by the first optical path conversion surface 31a, and propagates through the optical waveguide 4 to perform the second optical path conversion
  • the optical path is converted to the second refractive index distribution body 22 by the surface 32a, and propagates and exits the second refractive index distribution body 22. Another path is the reverse of this.
  • the optical waveguide 4 includes an upper clad 4b, a core 4a, and a lower clad 4c.
  • the optical waveguide 4 is formed of a photosensitive polymer material, and is, for example, polyimide, epoxy, acrylic, polysilane or the like. It is preferable that the transmittance at the wavelength of the signal light is high.
  • the refractive index of the core portion 4a is configured to be several percent higher than that of the upper cladding portion 4b and the lower cladding portion 4c, and the optical signal propagates efficiently through that portion.
  • the optical path conversion surface 31a forms a V-shaped or U-shaped bent portion 4d at the interface between the core portion 4a and the lower clad portion 4c, and the light also forms metal material on the inclined surface included in the bent portion 4d.
  • Reflective film 31 It forms by coating with.
  • the bent portion 4d is convex toward the core portion 4a from the lower clad portion 4c.
  • One surface of the light reflection film 31 is a light reflection surface, ie, an optical path conversion surface 31a.
  • the optical path conversion surface 32a forms a V-shaped or U-shaped bent portion 4e at the interface between the core portion 4a and the upper cladding portion 4b, and light is reflected on the inclined surface included in the bent portion 4e. It is formed by coating with a membrane 32.
  • the bent portion 4e is convex toward the core portion 4a from the upper clad portion 4b.
  • One surface of the light reflecting film 32 forms a light reflecting surface, ie, an optical path changing surface 32a. If gold or copper is used as the metal material for the light reflecting films 31 and 32, the reflectance of the signal light is high.
  • the optical waveguide 4 can be formed on the upper surface of the lower substrate 7, and the optical path changing surfaces 31a and 32a can be formed together in the process.
  • the bent portion 4d of the interface between the core portion 4a and the lower cladding portion 4c for forming the optical path conversion surface 31a is formed by disposing the protrusion 7a on the upper surface of the lower substrate 7. .
  • an optical path conversion surface can be formed at any position of the interface with the core 4 a in any of the upper clad 4 b and the lower clad 4 c.
  • the optical semiconductor device may be mounted on the upper substrate 5 or the lower substrate 7 as shown in FIG. 1 (b), also in the substrate with a light transmission function shown in FIG. .
  • the active region of the optical semiconductor device is made to face the first refractive index distribution body 21 or the second refractive index distribution body 22 to be optically coupled.
  • FIGS. 6 (a) to 6 (h) and FIGS. 7 (a) and 7 (b) are cross-sectional views of an essential part showing an example of a method of manufacturing the light transmission function built-in substrate shown in FIG. .
  • the lower substrate 7 is provided with a through hole, and the refractive index distribution body 22 is formed therein.
  • the method of forming the refractive index distributor 22 is as shown in FIG. 2 or FIG. 3 described above.
  • a protrusion 7a is produced on the upper surface of the lower substrate 7. Breaking of projection 7a The surface shape is approximately trapezoidal or semi-elliptical.
  • the position where the protrusion 7a is provided is a position corresponding to the refractive index distribution body 21 in the upper substrate 5 to be bonded in a later step.
  • a method of forming a metal film of copper, gold or the like stuck to the lower substrate 7 is used for the manufacturing method, or a method of bonding a metal material or a resin material previously formed to a substrate is used.
  • a transparent polymer material is applied on the upper surface of the lower substrate 7 with a certain thickness, and is subjected to prebeta and solidified.
  • the transparent polymer material is preferably the same photosensitive polymer material as the material of the refractive index distributor 22 in order to reduce the reflection of the signal light.
  • the lower clad portion 4c of the optical waveguide 4 is formed.
  • the portion where the protrusion 7a is provided forms a bent portion 4d by the lower clad portion 4c rising along the outer shape of the protrusion 7a.
  • the surface of the bent portion 4d of the lower cladding portion 4c is covered with the light reflecting film 31.
  • a metal material such as copper or gold is coated on the surface of the bending portion 4d by a technique such as coating, plating or vapor deposition. Furthermore, the surface of the light reflecting film 31 is made smooth. Thus, the optical path conversion surface 31a is formed.
  • a transparent polymer material having a refractive index higher than that of the lower cladding portion 4c is coated on the surface of the lower cladding portion 4c including the upper surface of the light reflecting film 31.
  • a prebeta is applied to solidify the transparent polymer material, and the core portion 4a is formed by appropriately cutting so as to have a desired pattern of the core portion 4c.
  • a photosensitive polymer material is applied as shown in FIG. 4 (c) described above, and as shown in FIGS. 4 (d) and 4 (e), a photo corresponding to the desired pattern of the core portion is shown.
  • the core part 4a is formed by performing exposure of ultraviolet light through a mask.
  • the force that the upper surface of the core portion 4a is raised at the portion of the light path conversion surface 31a, in the case of changing the light path upward from the core portion 4a, Is advantageous because
  • the surface force is also partially removed by cutting with a dicer cutting machine or the like, using a method such as molding by heating. Form a bend 4e.
  • the position where the bending portion 4 e is provided is a position corresponding to the refractive index distribution body 22.
  • the surface of the bending portion 4e is covered with a light reflecting film 32.
  • This method is similar to the light reflection film 31 of FIG. 6 (e) described above.
  • the light path conversion surface 32a is formed.
  • the upper clad 4b is formed by applying and solidifying a transparent polymer material on the surface of the core 4a including the top of the light reflecting film 32.
  • the upper cladding portion 4b is formed by spin coating, for example, the irregularities on the upper surface of the core portion 4a due to the projections 7a are absorbed, and the upper surface of the upper cladding portion 4b becomes substantially flat.
  • post-beta is appropriately applied to the whole to accelerate hardening, and the fabrication of the optical waveguide 4 is completed.
  • the upper substrate 5 is bonded and stacked on the upper surface of the optical waveguide 4 formed on the lower substrate 7.
  • an adhesive resin is applied to the lower surface of the upper substrate 5.
  • the first refractive index distributor 21 is formed in advance on the upper substrate 5 by the method shown in FIG. 2 or FIG. 3 described above.
  • the position of the first refractive index distribution body 21 corresponds to the position of the light path conversion surface 31 a formed on the lower substrate 7.
  • the present invention is not limited to the examples of the embodiments described above, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.
  • a photosensitive resin is applied to the surface (lower surface) opposite to the mounting surface (upper surface) of the optical semiconductor device to form the optical waveguide 4;
  • a manufacturing procedure may be adopted in which an optical path changing surface is provided.
  • FIG. 1 is a view showing an example of an embodiment of the light coupling structure of the present invention and the light transmission function built-in substrate of the present invention using the structure, (a) is a plan view, (b) is a plan view. It is an A- A 'line sectional view of (a)
  • FIG. 2 (a) to (d) are main-portion cross-sectional views in each step showing an example of a method of forming a refractive index distribution body in the optical coupling structure of the present invention.
  • FIG. 3 (a) and (b) are principal part sectional views at each step showing another example of the embodiment of the method for forming a refractive index distribution body in the optical coupling structure of the present invention
  • c) is a diagram showing an example of the refractive index distribution in the diametrical direction in the gradient refractive index distribution body.
  • FIG. 4 (a) to (g) are main part cross-sectional views showing in order of steps the method of forming the light path conversion surface 3a and the optical waveguide 4 in the light coupling structure and the light transmission function incorporating substrate of the present invention respectively.
  • the right side cross-sectional view corresponding to the A–A ′ line cross-sectional view shown in FIG. Show the cross section of the main part in the orthogonal direction!
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of another embodiment of the light transmission function built-in substrate of the present invention.
  • 6 (a) to 6 (i) are diagrams showing a method of manufacturing the substrate with a built-in light transmission function shown in FIG.
  • 7 (a) and 7 (b) are diagrams showing a method of manufacturing the light transmission function built-in substrate of FIG.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view of a conventional light transmission function built-in substrate.

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Abstract

【課題】信号光を効率よく伝搬・光路変換させて、光半導体デバイスと光導波路との光結合の結合効率を高めることができる光結合構造を提供すること。 【解決手段】　基板５・７内に設けられた光路変換面３ａに光学的に結合した光導波路４と、基板５上に活性領域を光路変換面３ａに対向させて搭載された光半導体デバイス１とを、基板５の光半導体デバイス１の活性領域および光路変換面３ａの間を貫通するように設けられた、感光性高分子材料で形成された円筒形状の屈折率分布体２を介して光学的に結合したことを特徴とする光結合構造である。光半導体デバイス１と光導波路４との光結合の結合効率を高くすることができ、高品質で高速な信号伝送を高いエネルギー効率で実現することができる。

Description

明 細 書
光結合構造並びに光伝送機能内蔵基板およびその製造方法
技術分野
[0001] 本発明は、光導波路とこれに垂直な方向に配置される光伝送体とを含む光結合構 造、並びにこの光結合構造を具備する光伝送機能内蔵基板およびその製造方法に 関する。
背景技術
[0002] 情報処理における処理量を増加させ処理スピードを向上させるために、半導体デ バイスの動作速度および信号の入出力端子数は、将来に渡って増加の傾向にある。 同時にその半導体デバイスを搭載する回路基板の信号配線数も著しく増大しており
、配線密度も高くなる傾向にある。それに従って、実装基板に形成された電気配線に おける信号の減衰および隣接する配線間のクロストークが顕著に増加し、深刻な問 題となっている。とりわけマイクロプロセッサに代表される大規模な半導体集積回路に おいては、 GHzレベルの信号を低消費電力で安定して入出力させることが大きな課 題である。
[0003] その課題を解決するために、半導体デバイスに入出力される電気信号を光信号に 変換し、その光信号を搬送する信号光を、実装基板に形成した光導波路等の光配 線によって伝送させる光伝送技術が検討されて 、る。
[0004] その光信号と電気信号との変換を行なう光電変換部には、送信出力側には主に化 合物半導体で構成される半導体レーザ (LD)や発光ダイオード (LED)等が用いられ 、受信入力側にはシリコン (Si)やィ匕合物半導体によるフォトダイオード (PD)といった 光半導体デバイスが用いられる。
[0005] ところで、半導体レーザには各種のタイプがある力 近年ではその結晶成長面で良 好な結晶が得られることから、素子基板の主面に対して垂直方向に光を出射させる 面発光レーザ (VCSEL)が、高性能かつ低コストな送信用光源として広く用いられつ つある。
[0006] 一方、フォトダイオードも、受光部がその結晶面上にある面受光型のものが一般的 に用いられている。
[0007] また、信号光を伝搬する光配線としては、コア部となる高屈折率の領域を低屈折率 な材料で覆ってクラッド部とした光導波路が、光学ガラス，単結晶あるいは高分子光 学材料を用いて作製されて 、る。
[0008] これら光半導体デバイスと光導波路との光結合構造においては、信号光の入出力 方向と実装基板上に形成された光導波路とがおおよそ交差する位置関係にあるため 、高 ヽ結合光量を得るために様々な提案がなされて ヽる。
[0009] 図 8は従来の光結合構造の代表例を示す断面図であり、特許文献 1に開示された 光電気配線基板の例である。図 8に示す例によれば、基板 100上に光配線層 103と電 気配線 105とが形成されている。送信側においては、レーザダイオード 101から出射し た信号光は、図中に破線で示すように、光配線層 103を構成する上部クラッド部 103b へ垂直に入射し、コアパターン 103aを通過して下部クラッド部 103cへ入射する。そし て、下部クラッド部 103c内で光配線層 103内に配置されたミラー部材 104で伝搬方向 を光配線層 103の配線方向に変換され、光配線層 103のコア部 103aに入射する構成 となっている。
[0010] 一方、受信側においても同様に、光配線層 103のコア部 103aを伝搬してきた信号光 がー且下部クラッド部 103cに至った後にミラー部材 104で光配線層 103に対して上方 へ垂直に方向を変換されて、同様にコア部 103aおよび上部クラッド部 103bを通過し た後にフォトダイオード 102へ入射する構成となって 、る。
[0011] また、図示しないが特許文献 2には、下部基板と上部基板の間に光導波路が形成 され、上部基板上にはレーザダイオードとフォトダイオードの面型光半導体デバイス が設けられている。そして、各デバイスの活性領域が基板面に対向し、各デバイスと 光導波路との間に設けられた貫通孔内に透明榭脂が配置されることにより、各デバイ スと光導波路とが光学的に結合されている。なお、各デバイスの光軸と光導波路の光 軸とは直交するため、 45° の光路変換面を有するミラー部材が光導波路の両端部 に形成される。
特許文献 1：特開 2003— 50329号公報
特許文献 2：特開 2004-20767号公報 発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0012] し力しながら、図 8に示した光結合構造では、レーザダイオード 101およびフォトダイ オード 102の面型光半導体デバイスと、光配線層 103である光導波路との光結合の効 率を高くできないという問題点があった。これは、レーザダイオード 101から出射する 信号光が半値全角（または拡がり角）で数十度程度に広がることに起因する。この結 果、光配線層 103を通過して直下のミラー部材 104に至った時点では、信号光のスポ ットサイズが出射点の数倍以上に拡大している。
[0013] また、ミラー部材 104で光路が変換された後も、その反射面を覆って形成されている 下部クラッド部 103cを伝搬する間に信号光は放射状に広がる。そのため、光配線層 1 03のコア部 103aに至った時点では信号光のスポットサイズは、出射点の数倍から数 十倍に拡大し、断面サイズを数十/ z m角として形成されるコア部 103aよりもはるかに 大きなサイズとなる。その結果、信号光はコア部 103aに効率良く入射せず、光配線層 103内の信号光の伝送レベルも自ずと低下してしま ヽ、信号対雑音比（SZN比)や 信号変調のダイナミックレンジが高く取れな 、と 、う問題点を生じた。
[0014] そのような問題点を回避するために信号光の伝送レベルを上げようとすると、レーザ ダイオード 101への注入電流を上げて光出力を上げることが必要になり、そのために レーザダイオード 101での消費電力は増すこととなる。そしてその場合には、信号伝 送におけるエネルギー効率が低くならざるを得なくなるという問題点があった。
[0015] また同時に、レーザダイオード 101への注入電流を上げるとレーザダイオード 101に おける発熱が増加するため、複雑な放熱構造を追加しなければならなくなったり、信 頼性を低下させてしまったりすることとなる。さらには、基板 100からの放熱がこの光電 気配線基板を用いたシステムの動作に悪影響を及ぼしてしまうという問題点もあった
[0016] なお、特許文献 2の光結合構造では、光半導体デバイスと光導波路との間の貫通 孔内に透明樹脂が充填されているが、この透明榭脂は一様な屈折率であるため、信 号光を閉じ込めて全反射させつつ伝搬させる作用が十分ではなぐ損失が生じ易い [0017] また、特許文献 2の光結合構造では、光導波路の端部をダイサ一式切断機で切断 することによって 45° の光路変換面を形成している力 ダイサ一式切断機の刃の加 ェ方向は一定であるため、光導波路に対して発光デバイスと受光デバイスとが常に 同じ側に位置することになる。例えば、光導波路が基板内部において基板面に平行 に配置されている場合、発光デバイスと受光デバイスは双方とも基板の同じ面上に配 置される。つまり、発光デバイスを一方の面上、受光デバイスと他方の面上に配置す ることはできなかった。従って、従来の電気配線基板で実施されているように、基板の 表面と裏面の間、並びに基板内部に含まれる複数の層間において自在に光配線層 を配置する設計の自由度が制限されていた。
[0018] 本発明は上記のような従来の技術における問題点を考慮してなされたものであり、 その目的は、面型光半導体デバイスと光導波路との光結合において、入出力信号光 を効率よく伝搬および光路変換させて、面型光半導体デバイスと光導波路との光結 合の結合効率を高めることができる光結合構造を提供することにある。
[0019] また本発明の他の目的は、本発明の光結合構造を用いた、高性能で高い効率を 有するとともに低消費電力となる光伝送機能内蔵基板を実現することにある。
[0020] さらに本発明の他の目的は、本発明の光結合構造を、基板の両面間並びに基板 内部に自在に配置できる光伝送機能内蔵基板およびその製造方法を実現すること である。
課題を解決するための手段
[0021] 上記の目的を達成するべぐ本発明は以下の構成を提供する。
( 1)本発明の光結合構造は、光導波路と、径方向において中心部力 周辺部に向 力つて屈折率が低くなる円筒形状の屈折率分布体と、前記光導波路と前記屈折率 分布体の間で光路を変換させるベく前記光導波路および前記屈折率分布体の双方 に対して光学的に結合した光路変換面とを有する。
(2)上記光結合構造において、前記屈折率分布体は、径方向において中心部から 周辺部に向力つて階段状に低くなるように形成された屈折率分布を具備する。
(3)上記光結合構造において、前記屈折率分布体は、径方向において中心部から 周辺部に向力つて同心円状に漸次低くなるように形成された屈折率分布を具備する (4)上記光結合構造にお!、て、前記屈折率分布体は感光性高分子材料で形成され 、紫外光の照射によって前記屈折率分布を形成されている。
(5)上記光結合構造にお!ヽて、前記光導波路は感光性高分子材料によって形成さ れ、紫外光の照射によってコア部と前記コア部の周囲のクラッド部とが形成されてい る。
(6)上記光結合構造において、前記光路変換面が前記屈折率分布体の光軸に対し て傾斜した光反射面を具備し、前記光反射面は前記光導波路のコア部とクラッド部と の境界面における屈曲部に形成されて 、る。
(7)上記光結合構造において、前記光路変換面は、前記屈折率分布体の光軸に対 して 45度傾斜した光反射面を具備する。
(8)上記光結合構造において、前記光路変換面と前記光導波路の端部が間隔を空 けて対向している。
(9)上記光結合構造にお!ヽて、前記屈折率分布体および前記光路変換面を介して 前記光導波路に光学的に結合しかつ活性領域を前記屈折率分布体に対向させた 光半導体デバイスをさらに有する。
(10)上記光結合構造において、前記光半導体デバイスがそれぞれ面発光型レーザ ダイオードまたは面受光型フォトダイオードである。
(11)本発明の光伝送機能内蔵基板は、上記光結合構造と、基板とを有し、前記光 導波路および前記光路変換面が前記基板上に形成され、前記屈折率分布体が前 記基板を貫通して形成されて!、る。
(12)さらに本発明の光伝送機能内蔵基板は、上記光結合構造と、第 1の基板と、前 記第 1の基板と平行に配置された第 2の基板とを有し、前記光導波路および前記光 路変換面が前記第 1と第 2の基板の間に形成され、前記屈折率分布体が前記第 1ま たは第 2の基板を貫通して形成されて 、る。
(13)さらに本発明の光伝送機能内蔵基板は、上記光結合構造と、基板とを有し、前 記光導波路および前記光路変換面が前記基板の一方の面上に形成され、前記光 半導体デバイスが前記基板の他方の面上に配置され、前記屈折率分布体が前記基 板を貫通して形成されて!ヽる。
(14)さらに本発明の光伝送機能内蔵基板は、上記光結合構造と、第 1の基板と、前 記第 1の基板と平行に配置された第 2の基板とを有し、前記光導波路および前記光 路変換面が前記第 1と第 2の基板の間に形成され、前記光半導体デバイスが前記第 1または第 2の基板における前記光導波路および前記光路変換面を形成した面と反 対側の面上に配置され、前記屈折率分布体が前記第 1または第 2の基板を貫通して 形成されている。
(15)さらに本発明の光伝送機能内蔵基板は、第 1の基板と、前記第 1の基板と平行 に配置された第 2の基板と、前記第 1と第 2の基板の間に形成された光導波路と、前 記光導波路上の離間した位置にて前記第 1と第 2の基板をそれぞれ貫通して形成さ れた第 1および第 2の屈折率分布体と、前記光導波路と前記第 1の屈折率分布体の 間で光路を変換させるベく前記光導波路および前記第 1の屈折率分布体の双方と 光学的に結合した第 1の光路変換面と、前記光導波路と前記第 2の屈折率分布体の 間で光路を変換させるベく前記光導波路および前記第 2の屈折率分布体の双方と 光学的に結合した第 2の光路変換面とを有し、
前記光導波路と、前記第 1の屈折率分布体と、前記第 1の光路変換面とが上記光 結合構造を形成し、かつ
前記光導波路と、前記第 2の屈折率分布体と、前記第 2の光路変換面とが上記光 結合構造を形成する。
(16)本発明の光伝送機能内蔵基板の製造方法は、基板内部に形成された光導波 路と、円筒形状の屈折率分布体と、前記光導波路と前記屈折率分布体の間で光路 を変換させるベく前記光導波路および前記屈折率分布体の双方に対して光学的に 結合した光路変換面とを有し、前記光路変換面が前記屈折率分布体の光軸に対し て傾斜した光反射面を具備し、前記光反射面は前記光導波路のコア部とクラッド部 の境界面を屈曲させて形成されている光伝送機能内蔵基板の製造方法において、 前記光路変換面を形成する工程が、
コア部を形成した後、前記屈折率分布体の光軸と交わる位置において前記コア部 を除去することにより前記コア部の表面に傾斜面を形成する工程と、 前記傾斜面を光反射膜で覆うことにより前記光反射面を形成する工程と、 前記光反射膜上を含む前記コア部上にクラッド部を形成する工程とを含む。
(17)本発明の光伝送機能内蔵基板の製造方法は、基板内部に形成された光導波 路と、円筒形状の屈折率分布体と、前記光導波路と前記屈折率分布体の間で光路 を変換させるベく前記光導波路および前記屈折率分布体の双方に対して光学的に 結合した光路変換面とを有し、前記光路変換面が前記屈折率分布体の光軸に対し て傾斜した光反射面を具備し、前記光反射面は前記光導波路のコア部とクラッド部 の境界面を屈曲させて形成されている光伝送機能内蔵基板の製造方法において、 前記光路変換面を形成する工程が、
クラッド部を形成するに先立って、前記屈折率分布体の光軸と交わる位置において 突起を形成する工程と、
前記突起上に前記突起の外郭形状に沿ってクラッド部を形成することにより前記ク ラッド部の表面に傾斜面を形成する工程と、
前記傾斜面を光反射膜で覆うことにより前記光反射面を形成する工程と、 前記光反射膜上を含む前記クラッド部上にコア部を形成する工程とを含む。
発明の効果
[0022] 本発明の光結合構造によれば、径方向において中心部から周辺部に向かって屈 折率が低くなる円筒形状の屈折率分布体が、光を中心部に閉じ込めつつ伝搬させる 光閉じ込め作用をもつ。従って、光導波路と、屈折率分布体と、これらの間で光路を 変換させるベく双方に対して光学的に結合した光路変換面とを有する光結合構造に おいては、屈折率分布体力もつ光閉じ込め作用によって屈折率分布体中を効率よく 伝搬してきた光が、光路変換面に効率よく入射し、光路変換面によって光導波路の 光軸方向に光路を変換し、さらに光導波路に効率よく入射することができる。また、光 導波路を伝搬してきた光は、光路変換面によって屈折率分布体の光軸方向に光路 を変換し、屈折率分布体に入射し、その光閉じ込め作用によって屈折率分布体中を 効率よく伝搬することができる。
[0023] また、本発明の光結合構造において屈折率分布体の屈折率が中心部力 周辺部 に向力つて階段状に低くなつているときには、信号光は屈折率の境界で反射されて 中心部の高屈折率領域に閉じ込められて伝搬するので、屈折率分布体が一様な屈 折率を持つ場合に比べてより高効率な信号光伝搬を実現することができる。
[0024] また、本発明の光結合構造において屈折率分布体の屈折率が中心部力 周辺部 に向力つて同心円状に漸次低くなつているときには、信号光は屈折率分布体の中心 部分を蛇行しながら閉じ込められて伝搬するので、より広帯域の信号光伝搬を行なう ことができる。
[0025] また、本発明の光結合構造にお!ヽて屈折率分布体が感光性高分子材料で形成さ れることにより、紫外光の照射によって周辺部に低屈折率領域を形成するときには、 例えば中央部のみを遮光して周辺部に開口を持ったマスクを上方に配置し、そのマ スクを通して紫外光を露光するだけで屈折率分布体が形成できるので、より簡単な製 造プロセスで光結合構造を実現することができる。
[0026] また、本発明の光結合構造にお!、て光導波路が感光性高分子材料で形成される ことにより、紫外光の照射によってコア部の周囲に低屈折率領域であるクラッド部を形 成するときには、光導波路のコアパターンに対応する部分を遮光する暗部としたフォ トマスクを使う露光工程だけで光導波路を形成することができるので、光導波路の製 造工程を短時間で済ませることができ、その製造コストを低下させることができる。
[0027] また、本発明の光結合構造において光路変換面が光導波路のコア部とクラッド部 の境界面を屈曲させて形成される場合には、別個のミラー部材を取り付ける必要がな い。また、光導波路が基板内部 (または 2つの基板の間）に形成される形態としたとき 、コア部が上部クラッド部と下部クラッド部に挟まれており、コア部とクラッド部の境界 面が 2つ存在するから、光導波路の光軸方向に垂直な方向に光路を変換する場合、 コア部とクラッド部の一方の境界面側との間で光路を変換する光路変換面と、他方の 境界面側との間で光路を変換する光路変換面のいずれも形成することができる。
[0028] また、本発明の光結合構造において光路変換面が屈折率分布体の光軸に対して 4 5度傾斜した光反射面をもつ場合には、光軸に沿って伝搬してきた信号光を屈折率 分布体の光軸と直角な方向に反射するので、基板の表面に対して光軸を直角方向 にして配置される屈折率分布体の信号光の伝搬方向を、基板の表面に対して光軸 を平行にして配置される光導波路の光軸と平行になるように変換することができる。 [0029] さらに、本発明の光結合構造において光路変換面と光導波路の端部とが間隔を空 けて対向している場合には、光路変換面からの伝搬光を光導波路に対してその端部 に直角に入射するように結合させることができるので、光路変換面を介して屈折率分 布体と光導波路との間で高効率な光結合を実現することができる。
[0030] さらに、本発明の光結合構造において屈折率分布体および光路変換面を介して光 導波路に光学的に結合しかつ活性領域を屈折率分布体に対向させた光半導体デ バイスを設けた場合には、光半導体デバイスの活性領域力ゝらの出力光が、屈折率分 布体がもつ光閉じ込め作用によって屈折率分布体を効率よく伝搬して光路変換面に 入射し、光路変換面によって光導波路の光軸方向に光路を変え、光導波路に効率 よく入射することができる。また、光導波路力 光半導体デバイスの活性領域への入 力光は、光導波路と光学的に結合した光路変換面によって屈折率分布体の光軸方 向に光路を変え、屈折率分布体に入射し、屈折率分布体がもつ光閉じ込め作用によ つて屈折率分布体を効率よく伝搬して光半導体デバイスの活性領域に入射すること ができる。
従って、本発明の光結合構造によれば、光閉じ込め作用をもつ屈折率分布体を設 けたことにより、従来の構造に対して光半導体デバイスと光導波路との光結合の結合 効率を高くすることができ、高品質で高速な信号伝送を高 、エネルギー効率で実現 することができる。
[0031] さらに、本発明の光結合構造において、光半導体デバイスが面発光型レーザダイ オードまたは面受光型フォトダイオードである場合には、屈折率分布体にこれらの光 半導体デバイスの活性領域を対向させて実装するだけで高効率な光結合が容易に 構成できるので、特別な部品を用いずとも高効率な光結合構造を容易に実現するこ とがでさる。
[0032] 本発明の光伝送機能内蔵基板によれば、上記の光結合構造と、 1または 2の基板と を組合せ、基板上および Zまたは基板間に光導波路を設け、 1または 2の基板の少 なくとも 1つに屈折率分布体を形成し、かつ Zまたは基板上に光半導体デバイスを配 置したことにより、上記の光結合構造について述べた通りの効果を奏することができ る。 従って、本発明の光伝送機能内蔵基板によれば、本発明の光結合構造を用いたこ とによって、高性能で高い効率を有するとともに低消費電力となる光伝送機能内蔵基 板を実現することができる。
[0033] 本発明の光伝送機能内蔵基板の製造方法では、第 1の基板と第 2の基板の間に形 成された光導波路において、第 1の基板に形成した屈折率分布体および第 2の基板 に形成した屈折率分布体のいずれにも光学的に結合させることができる光路変換面 を形成することができる。すなわち、光導波路ではコア部が上部クラッド部と下部クラ ッド部に挟まれており、コア部とクラッド部の境界面が 2つ存在するから、光導波路の 光軸方向とそれに垂直な方向との間で光路を変換する場合、コア部とクラッド部の一 方の境界面側との間で光路を変換する光路変換面と、他方の境界面側との間で光 路を変換する光路変換面の 、ずれも形成することができる。
発明を実施するための最良の形態
[0034] 以下、本発明の光結合構造並びに光伝送機能内蔵基板およびその製造方法につ いて、図面を参照しつつ詳細に説明する。
図 1は本発明の光結合構造およびそれを用いた本発明の光伝送機能内蔵基板の 実施の形態の一例における概略構成を示す図であり、 (a)は平面図、（b)は（a)の A —A'線における断面図である。
[0035] 図 1において、 1は光半導体デバイス、 2は屈折率分布体、 3は光路変換面 3aを有 する光路変換体、 4は光導波路であり、 4aはコア部、 4bは上部クラッド部、 4cは下部 クラッド部を示す。また、 5は後述する第 1の基板上に配置される第 2の基板である上 部基板、 6aおよび 6bはそれぞれ上部基板 5上に形成された電極および電気配線" a)においては図示を省略している。）を示し、 7は第 1の基板である下部基板、 8は信 号光を模式的に表したものである。上部基板 5および下部基板 7により光伝送機能内 蔵基板が構成されている。
[0036] 図 1に示すように、本発明の光結合構造は、光導波路 4と、屈折率分布体 2と、光導 波路 4と屈折率分布体 2の間で光路を変換させるベく光導波路 4および屈折率分布 体 2の双方に対して光学的に結合した光路変換面 3aとを有する。屈折率分布体 2は 、円筒形状であり、径方向において中心部から周辺部に向かって屈折率が低くなつ ている。なお、屈折率分布体 2は、光導波路 4に対し垂直に延在することが好適であ るが、光導波路 4と光学的に結合させることができれば垂直でなくともよい。
[0037] この光結合構造を用いた光伝送機能内蔵基板は、例えば上部基板 5および下部 基板 7からなる基板内（上部基板 5と下部基板 7の間）に設けられた光路変換体 3の 光路変換面 3aに光学的に結合した光導波路 4と、上部基板 5上に活性領域を光路 変換面 3aに対向させて搭載された光半導体デバイス 1とを、上部基板 5の光半導体 デバイス 1の活性領域および光路変換面 3aの間を貫通するように設けられた、感光 性高分子材料で形成された円筒形状の屈折率分布体 2を介して光学的に結合した ものである。
[0038] 光半導体デバイス 1は、発光デバイスである半導体レーザや発光ダイオード等、あ るいは受光デバイスであるフォトダイオード等である。以下、光半導体デバイス 1が発 光デバイスである場合を例にとって説明する。
[0039] 光半導体デバイス 1は、上部基板 5上に形成された電極 6a、 6b上に活性領域であ る発光点（図示せず)を上部基板 5に向けて搭載され、その電極（図示せず)が電極 6 a、 6bに接合される。接合材料にはハンダ合金や導電性接着剤を用いることができる 。光半導体デバイス 1を搭載する際は、屈折率分布体 2を介して発光点が光路変換 面 3aと光学的に結合するように、光半導体デバイス 1を所定の位置に配置する。これ を実現するために、画像処理装置等を使って光半導体デバイス 1の位置決めを精密 に行う。
[0040] 光半導体デバイス 1に対しては、電極 6a、 6bを通して、そのアノード電極力 カソー ド電極への順方向に電流が印加される。光半導体デバイス 1の下面にアノード電極 および力ソード電極の双方がある場合は図 1に示したような搭載'接合構造で順方向 に電流を流すことができる。また、アノード電極と力ソード電極とが光半導体デバイス 1の下面と上面とに別々に形成されている場合は、実装面である下面とは反対の上 面にある電極に金属細線をボンディングする構造（図示せず）によって、順方向に電 流を流すことができる。それにより、発光デバイスである光半導体デバイス 1の活性領 域力 光が出射される。
[0041] 光伝送機能内蔵基板を構成する上部基板 5には、光半導体デバイス 1の発光点が 対向する位置に、感光性高分子材料で形成された円筒形状の屈折率分布体 2が設 けられている。また、屈折率分布体 2は、光半導体デバイス 1の発光点と光路変換体 3の光路変換面 3aとの間で上部基板 5を貫通している。屈折率分布体 2は、図示する ように光半導体デバイス 1の活性領域および光路変換面 3aに対応する大きさの円筒 形状の光導波部材である。屈折率分布体 2の直径は、光半導体デバイス 1の発光点 のサイズおよびそこ力も放射される出射光に対して十分に大きなものとする。
[0042] 屈折率分布体 2は、その屈折率の分布が径方向において中心部 2aで高く周辺部 2 bで低くなつている。このような同心円状の屈折率の分布は、信号光を中心部に閉じ 込める光閉じ込め作用をもっといる。これにより、屈折率分布体 2は、中心軸すなわち 光軸に沿って信号光を伝搬させる。このような屈折率分布体 2としては、大別して 2種 類ある。 1つは、中心部 2aの屈折率が周辺部 2bに対して例えば数％高ぐ中心部 2a 力も周辺部 2bに向力つて階段状に低くなつている階段状屈折率分布体である。もう 1 つは、中心軸力 周辺部に向力つて徐々に屈折率が低下していぐ屈折率が中心部 2aから周辺部 2bに向力つて漸次低くなつている傾斜状屈折率分布体である。
[0043] 本発明の光結合構造における屈折率分布体 2は、感光性高分子材料によって形 成されることが好適である。感光性高分子材料としては、例えば、光を照射すると屈 折率が低下するフォトブリーチング現象を生じるポリシラン系ポリマー榭脂、あるいは 光を照射した部分の屈折率が高くなる感光性のアクリル系榭脂ゃエポキシ榭脂があ る。この際に用いられる光としては波長が紫外領域である紫外光が用いられる。この ような感光性高分子材料を用いることによって、真空プロセスによるコア形状の加工と いったような高価で大掛力りな製造装置を用いることなぐ所望の屈折率差のある中 心部 2a (コア部）と周辺部 2b (クラッド部）を有する屈折率分布体 2が形成できる。す なわち、所望の屈折率分布を有する屈折率分布体 2を、短時間かつ低コストに形成 することができる。
[0044] 以下、フォトブリーチング現象を生じる感光性高分子材料を用いた場合の屈折率分 布体 2の作製方法を図 2を用いて説明する。図 2 (a)〜(d)は、本発明の光結合構造 における屈折率分布体 2を、上部基板 5を貫通した形態で形成する方法の実施形態 の一例を示す工程ごとの要部断面図である。 [0045] まず、図 2 (a)に示すように、上部基板 5を貫通する貫通孔 5aを形成する。貫通孔 5 aの位置は、後の工程で搭載される光半導体デバイス 1の活性領域の位置と、同じく 後の工程で形成される光路変換体 3の光路変換面 3aの位置の間に対応させる。
[0046] 本発明の光伝送機能内蔵基板を構成する上部基板 5および下部基板 7には、光半 導体デバイス 1を実装する回路基板として用いられる、有機材料による回路基板、あ るいはセラミックスやガラス、シリコンによる回路基板等を用いる。そのような上部基板 5に対する貫通孔 5aの形成方法には、例えばドリルによる孔カ卩ェや、レーザによる孔 加工等を用いればよい。
[0047] 次に、図 2 (b)に示すように、その貫通孔 5aに液状の感光性高分子材料 2'を充填 する。この充填方法にはシリンジによる注入法や真空吸引による吸引法を用いれば よい。このように液状の感光性高分子材料 2'を貫通孔 5aに充填する際には、液状の 感光性高分子材料 2'が貫通孔 5aから溢れ出たり、逆に不足したりすることがないよう に、その上下端面が上部基板 5の上下面とそれぞれほぼ同一平面になるように充填 する。
[0048] 次に、それを約 100°Cで数分間加熱していわゆるプリベータを行なう。それによつて 感光性高分子材料 2'の反応による硬化が進み、固化する。
[0049] 次に、図 2 (c)に示すように、フォトマスク 9を介して、上部基板 5に垂直な方向から 紫外光の照射を行なう。フォトマスク 9には、例えば貫通孔 5aより小さい径の円形の 遮光部 9bをマスクパターンとして形成したものを用いる。なお、 9aは透光部である。こ の遮光部 9bは屈折率分布体 2の中心部 2aに対応するマスクパターンとして形成され ている。
[0050] それによつて、図 2 (d)に示すように、充填した感光性高分子材料 2'の周辺部のみ に紫外光が照射され、紫外光が照射された周辺部の部分だけ屈折率が低下する。こ れにより、コア部となる中心部 2aとクラッド部となる周辺部 2bとを持つ階段状屈折率 分布体 2が形成される。ここで、紫外光が照射された周辺部 2bの屈折率の低下は、 紫外光の照射時間および光量が大きいほど大きくなる。
[0051] 最後に、全体を約 100°Cで数十分間加熱して、いわゆるポストベータを行なう。これ によって感光性高分子材料 2'の硬化がさらに進み、十分な硬さを持ち特性が安定し た屈折率分布体 2が完成する。
[0052] なお、図 2の形成方法により形成される屈折率分布体 2は、その屈折率が中心部 2a 力も周辺部 2bに向力つて階段状に低くなつている階段状屈折率分布体 2である。こ のように屈折率が中心部 2aから周辺部 2bに向力つて階段状に低くなつて 、ることに よって、上部基板 5に実装した光半導体デバイス 1と屈折率分布体 2のそれぞれの光 軸が同一方向となる。よって、信号光は屈折率分布体 2中の屈折率の境界面で反射 されながら中心部 2aの高屈折率領域に閉じ込められて伝搬する。なお、階段状の屈 折率分布とした場合の方が傾斜状の屈折率分布とした場合に比べて、屈折率分布 体 2の前後の光結合効率を高くできる。
[0053] 屈折率分布体の別の形成方法では、紫外光を照射した部分の屈折率が高くなる感 光性高分子材料を用いる。そのような感光性高分子材料、例えば、アクリル系榭脂ゃ エポキシ榭脂を用いる場合には、図 2に示したフォトブリ一チング現象による作製方 法とは逆の光透過率をもつフォトマスクを用いる。そのフォトマスクは、屈折率を低くし たい箇所である周辺部 2bに対応した遮光部を形成される力、あるいは屈折率を高く したい箇所である中心部 2aに対応した透光部または開口を形成される。そして、図 2 と同様の紫外光露光を行なうことで、中心部 2aの屈折率が高い階段状屈折率分布 体 2を形成できる。あるいは、中心部に対応した開口部力も周辺部に向力つて徐々に 光透過率を低下させたフォトマスクパターンを用いて露光することによって、傾斜状 屈折率分布体を形成できる。
[0054] 図 3は、フォトブリーチング現象を生じる感光性高分子材料により傾斜状屈折率分 布をもつ屈折率分布体 2を形成する方法を示す図である。図 3 (a)および (b)は、図 2 (c)および (d)と同様の工程ごとの要部断面図であり、図 2と同様の箇所には同じ符 号を付してある。図 3 (a)に示すように、円形の中央部力も周囲に向力つて徐々に光 透過率を高くした遮光部 9bをもつマスクパターンのフォトマスク 9を用いれば、光透過 率に比例した光量の紫外光が感光性高分子材料 2'に照射されることとなり、屈折率 の低下も半径方向の外側へ行く程大きくなり、結果として図 3 (b)に示すようなコア部 となる中心部 2aおよびクラッド部となる周辺部 2bからなる傾斜状屈折率分布体 2を得 ることがでさる。 [0055] なお、この傾斜状屈折率分布体 2における直径方向の屈折率分布の例を図 3 (c) に線図で示す。図 3 (c)において横軸は屈折率分布体の直径方向 rを、縦軸は屈折 率 nを表わし、特性曲線は屈折率分布を示している。この例では、屈折率分布体 2の 中心において最も屈折率が高ぐ直径方向に沿って周辺部 2bに向力つていわゆる 釣鐘状の特性曲線で屈折率が漸次低くなつている。
[0056] 傾斜状屈折率分布体 2では、信号光は中心部 2aを蛇行しながら閉じ込められて伝 搬するので、階段状屈折率分布体に比べて、屈折率の境界面で信号光が反射する 際に発生する位相のずれを発生させないようにすることができる。併せて、信号光の 伝搬経路差による群速度の差を小さくできるため、より広帯域の信号光の伝搬ができ るちのとなる。
[0057] また、以上のように、屈折率分布体 2の周辺部 2bに低屈折率領域を形成する場合 、信号光の閉じ込め作用を高めることができるので、屈折率分布体 2の外側への漏れ 光を少なくすることができる。また、紫外光の照射によって容易かつ確実に周辺部 2b に低屈折率領域を形成することができる。
[0058] 以上の説明では屈折率分布体 2を、基板に 1つだけ形成する場合を例として説明し たが、屈折率分布体 2が 2つ以上ある場合も、マスクパターンを対応させるだけで同 様に実施できる。また、図 1 (a)に示すように屈折率分布体 2を 1列に複数設ける場合 の他に、行列状 (マトリクス状）に設けることも、マスクパターンを対応することにより可 能である。
[0059] 次に、下部基板 7上には、上部基板 5と下部基板 7との間すなわち光伝送機能内蔵 基板内に位置するように、屈折率分布体 2に光学的に結合した光路変換面 3aを有 する光路変換体 3と、その光路変換面 3aに光学的に結合した光導波路 4とが形成さ れている。これにより、上部基板 5上に搭載される光半導体デバイス 1と光伝送機能 内蔵基板内の光導波路 4とが、屈折率分布体 2および光路変換面 3aを介して光学 的に結合する。なお、図 1 (b)では、基板内に設けられた光導波路 4は基板の面に平 行に設けられているが、屈折率分布体 2と光学的に結合させることができれば基板の 面に平行でなくともよい。
[0060] 図 4 (a)〜 (g)は、光路変換面 3aおよび光導波路 4の形成方法の例を工程順に示 した要部断面図である。各要部断面図は、左側に図 1 (a)に示した A— A'線断面図 に相当する要部断面図を、右側にその直交する方向の要部断面図を示している。な お、この例においては、上記の屈折率分布体 2の形成方法と同様にフォトブリーチン グ現象を持つ感光性高分子材料を用いた場合を例として示す。
[0061] 図 4 (a)に示すように、光路変換体 3は、断面が光路変換面 3aを斜辺とする直角二 等辺三角形状をした三角柱状であり、ガラス、金属、榭脂等によって形成される。そし て、その断面における直角を形成する一方の面を下部基板 7上に載置し、断面にお ける斜辺を形成する面を光路となる光導波路側に向けて配置される。光路変換体 3 を下部基板 7上に固定するには、接着剤を用いてもよいし、ハンダ等の金属接合方 法を用いてもよい。
[0062] 下部基板 7の上面に対しておおよそ 45度の角度となる光路変換体 3の斜面には光 半導体デバイス 1から光導波路 4への出射光あるいは光導波路 4から光半導体デバ イス 1への入射光の反射率を高くする光反射膜である金属コーティング（図示せず） が施されており、それによつて光路変換体 3の斜面が良好な光反射を行なう光路変 換面 3aとして機能する。これによつて、光路変換体 3は信号光の光路変換を行なう機 能を有する。すなわち、光路変換体 3は、光半導体デバイス 1から屈折率分布体 2を 介して下部基板 7に対して垂直に入射した信号光を、下部基板 7の上面に平行な方 向へ 90度方向変換し、下部基板 7の上面と平行に光導波路 4を進行させる。あるいは 、光路変換体 3は、光導波路 4から下部基板 7の上面に平行に進行してきた信号光を 下部基板 7に対して垂直な方向へ 90度方向変換して光導波路デバイス 1に向けて屈 折率分布体 2を進行させる。
[0063] なお、光路変換面 3aが、下部基板 7の上面に対して 45度傾斜した斜面であるときに は、下部基板 7の上面に対して垂直に配置される屈折率分布体 2の光軸に対しても 4 5度傾斜した光反射面となる。このように光路変換面 3aが屈折率分布体 2の光軸に対 して 45度傾斜した光反射面をもつ場合には、屈折率分布体 2の光軸に沿って伝搬し てきた信号光を屈折率分布体 2の光軸と直角な方向に反射する。これにより、光路変 換面 3aは、屈折率分布体 2の光軸に対して光軸を直角にして配置されている光導波 路 4の光軸と平行となるように信号光の伝搬方向を変換できることになる。 [0064] 次に、図 4 (b)に示すように、光路変換体 3が設けられた下部基板 7の上面に、屈折 率分布体 2の形成材料と同様の感光性高分子材料を一定の厚さで塗布し、プリべ一 クを施す。屈折率分布体と同じ材料とすることにより信号光の反射を低減できる。これ により、光導波路 4の下部クラッド部 4cが形成される。
[0065] 次に、図 4 (c)に示すように、下部クラッド部 4cの上に再度、光導波路 4のコア部 4a となる感光性高分子材料を塗布し、プリベータを行なって固化させる。このプリベータ は約 100°C、数分間でよい。
[0066] 次に、図 4 (d)に示すように、光導波路 4のコア部 4aの所望するパターに対応する 遮光部 9bを形成したフォトマスク 9を介して、上方力も紫外光による露光を行なう。こ れにより、紫外光に露光された部分の屈折率が露光時間および光量に応じて低下す る。
[0067] こうして、図 4 (e)に示すようにコア部 4aが形成される。このとき、光導波路 4のコア部 4aの端部が、光路変換面 3aに対して所定の間隔を空けて位置するように遮光部 9b のパターンを形成するとよい。光路変換面 3aと光導波路 4の端部とを間隔を空けて 対向させることにより、光路変換面 3aからの伝搬光が光導波路 4の端部に対して確 実に直角に入射することになる。この結果、屈折率分布体 2と光導波路 4との間で光 路変換面 3aを介して高効率な光結合を実現することができる。
[0068] 次に、図 4 (f)に示すように、フォトマスクを介さずに感光性高分子材料の全面を紫 外光で一定時間露光する。これにより、上面から一定の深さにフォトブリーチング現 象を生じさせる。
[0069] こうして、図 4 (g)に示すように上部クラッド部 4bが形成される。これにより、低屈折率 の上部クラッド部 4bと下部クラッド部 4cとで周囲を囲まれたコア部 4aを具備する光導 波路層 4が形成される。
[0070] その後、図 2または図 3に示した方法で屈折率分布体 2を形成された上部基板 5と、 図 4に示した方法で光路変換面 3aをもつ光路変換体 3及び光導波路 4を形成された 下部基板 7とを互いに位置決めして接着剤等で接合し、一体化する。これにより、本 発明の光結合構造を有する本発明の光伝送機能内蔵基板を得ることができる。
[0071] 再び図 1 (b)を参照して説明する。上述した本発明の光伝送機能内蔵基板では、 光半導体デバイス 1が面発光型レーザダイオードの場合は、出射光である信号光は 一般に半値全角（拡がり角度）が 20度力も 30度の範囲で放射状に広がる。一方、一 般的な電極 6aおよび 6bの厚みは数/ z mなので、出射光のビームスポットとほぼ同じ サイズで屈折率分布体 2に信号光が入射することとなり、屈折率分布体 2の内部で信 号光の反射閉込めが行なわれる（階段状屈折率分布体の場合)。もしくは、信号光が 屈折率分布体 2中を蛇行しながら伝搬する (傾斜状屈折率分布体の場合)。それによ り、信号光が屈折率分布体 2から周囲に散乱して損失となることによる信号光の減衰 量を低減できる。すなわち、光半導体デバイス 1が面発光型レーザダイオードの場合 は、上部基板 5上にこれらの光半導体デバイス 1を上部基板 5側に活性領域を対向さ せて実装するだけで容易に光結合が構成できる。従って、特別な部品を用いずとも 高効率な光結合構造を容易に実現できる。
[0072] また、光導波路 4を感光性高分子材料とすることにより、紫外光露光による感光ェ 程のみで光導波路 4を形成できるため、製造工程を簡略ィ匕でき、製造コストを低下さ せることができる。
[0073] さらに、光導波路 4は、紫外光露光によってコア部 4aの周囲に低屈折率領域である クラッド部 4bを形成する場合は、光導波路 4のコアパターンに対応する部分を遮光す る暗部としたフォトマスクを使う露光工程だけで形成できるので、光導波路 4の製造ェ 程を短時間で済ませられ、その製造コストを低下させることができる。
[0074] 屈折率分布体 2からの信号光は、屈折率分布体 2が階段状屈折率分布体の場合 は、その中心部 2aと周辺部 2bとの屈折率差に応じた角度で拡がることとなる。この場 合には、屈折率差を調整することによって拡がり角度を所望の値に制御することがで きる。また、屈折率分布体 2が傾斜状屈折率分布体の場合は、信号光は一定の周期 をもって屈折率分布体 2中を蛇行することとなる。この場合には、信号光は中心部 2a を蛇行しながら閉じ込められて伝搬するので、屈折率の境界面で信号光が反射する 際に発生する位相のずれを発生させな 、ようにすることができ、併せて信号光の伝搬 経路差による群速度の差を小さくできるため、より広帯域の信号光の伝搬が可能とな る。
[0075] そして、屈折率分布体 2を通って出射した信号光は、光導波路 4の上部クラッド部 4 bを透過して、光路変換体 3の光路変換面 3aで進行方向を 90度変換され、光導波路 4のコア部 4aに入射してその内部を伝搬する。
[0076] 光導波路 4のコア部 4aの端面が信号光の進行方向に対して垂直であって、光路変 換体 3の極近傍で光路変換面 3aと間隔 dをおいて対向することにより、光路変換面 3 aからの伝搬光は光導波路 4に対してその端部に確実に直角に入射する。従って、 光路変換面 3aを介し光結合して光導波路 4のコア部 4aに入射する信号光量が、特 許文献 1に示す従来の光結合構造における場合と比較して高くなる。
[0077] 以上の例においては、光半導体デバイス 1が面発光型デバイスの場合について説 明した。光半導体デバイス 1が面受光型デバイスの場合は、信号光の出射から伝搬 、光路変換面 3aにおける反射による光路変換、光導波路 4への入射が逆の順序に なる。すなわち、光導波路 4を伝搬してきた信号光はコア部 4aから出射し、光路変換 体 3の光路変換面 3aで反射され、光路を 90度変換されて屈折率分布体 2に入射する 。そして、その信号光は、面受光型フォトダイオード等の面受光型光半導体デバイス 1の活性領域へと達して受光される。
[0078] 本発明の光伝送機能内蔵基板において、光半導体デバイス 1が面発光型レーザダ ィオードまたは面受光型フォトダイオードであるときには、上部基板 5上にこれらの光 導波路デバイス 1を活性領域を上部基板 5側に対向させて実装するだけで光結合を 容易に構成できるので、特別な部品を用いずとも高効率な光結合構造を容易に実現 することがでさるちのとなる。
[0079] 本発明の光伝送機能内蔵基板によれば、以上のような構成により、これら面発光型 デバイスの光半導体デバイス 1と面受光型デバイスの光半導体デバイス 1とを同一基 板 (例えば、同一の上部基板 5)上に搭載固定し、それぞれに対応させて基板 (上部 基板 5と下部基板 7とで構成される基板）内に本発明の光結合構造を内在させること によって、基板内での良好な信号光の伝送が可能となる。
[0080] 図 5は、本発明の光結合構造とこれを用いた光伝送機能内蔵基板の別の実施形態 を示す概略的な断面図である。
図 5に示す光伝送機能内蔵基板は、上部基板 5と、上部基板 5と平行に配置された 下部基板 7と、上部基板 5と下部基板 7の間に形成された光導波路 4と、上部基板 5を 貫通して形成された第 1の屈折率分布体 21と、光導波路 4及び第 1の屈折率分布体 21に光学的に結合し、これらの間で光路を変換させる第 1の光路変換面 31aとを有 する。第 1の屈折率分布体 21は、上述の実施形態におけるいずれかの屈折率分布 体 1と同じ構成である。従って、光導波路 4と、第 1の屈折率分布体 21と、第 1の光路 変換面 31aとは、上述の本発明の光結合構造を形成していることになる。
[0081] さらに、図 5の光伝送機能内蔵基板には、光導波路 4上における第 1の光路変換面 31aから離間した位置において、第 1の光路変換面 31aと対向して第 2の光路変換面 32aが設けられている。そして、下部基板 7を貫通して第 2の屈折率分布体 22が形成 されており、第 2の光路変換面 32aは、光導波路 4及び第 2の屈折率分布体 22に光 学的に結合し、これらの間で光路を変換させる。第 2の屈折率分布体 22もまた、上述 の実施形態におけるいずれかの屈折率分布体 1と同じ構成である。従って、光導波 路 4と、第 2の屈折率分布体 22と、第 2の光路変換面 32aとは、上述の本発明の光結 合構造を形成して 、ることになる。
なお、図 5では、基板内に設けられた光導波路 4は基板の面に平行に設けられてい るが、第 1及び第 2の屈折率分布体 21、 22と光学的に結合させることができれば基 板の面に平行でなくともよい。
[0082] 図 5中の破線は、信号光の光路を模式的に示している。信号光の光路の一つは、 第 1の屈折率分布体 21を伝搬して第 1の光路変換面 31aにより光導波路 4へ光路変 換され、光導波路 4を伝搬して第 2の光路変換面 32aにより第 2の屈折率分布体 22 へ光路変換され、第 2の屈折率分布体 22を伝搬し、出射するものである。もう一つの 光路は、この逆の順路となる。
[0083] 光導波路 4は、上部クラッド部 4b、コア部 4a及び下部クラッド部 4cを具備する。光 導波路 4は、感光性高分子材料から形成され、例えば、ポリイミド、エポキシ、アクリル 、ポリシランなどである。信号光の波長における透過率が高いものが好適である。コア 部 4aの屈折率が、上部クラッド部 4b及び下部クラッド部 4cより数％高く構成されてお り、その部分を光信号が高効率に伝搬する。
[0084] 光路変換面 31aは、コア部 4aと下部クラッド部 4cの境界面に V型または U型の屈曲 部 4dを形成し、その屈曲部 4dに含まれる傾斜面上を金属材料力もなる光反射膜 31 で被覆することにより形成される。屈曲部 4dは、下部クラッド部 4cからコア部 4aに向 力つて凸である。光反射膜 31の一表面が光反射面すなわち光路変換面 31aとなる。 また、光路変換面 32aは、コア部 4aと上部クラッド部 4bの境界面に V型または U型の 屈曲部 4eを形成し、その屈曲部 4eに含まれる傾斜面上を金属材料からなる光反射 膜 32で被覆することにより形成される。屈曲部 4eは、上部クラッド部 4bからコア部 4a に向力つて凸である。光反射膜 32の一表面が光反射面すなわち光路変換面 32aを 形成する。光反射膜 31、 32用の金属材料としては、信号光の反射率が高いものとし て金や銅などを用いるとょ 、。
[0085] 図 5の形態は、上述の例のように別部材の光路変換体を準備する必要がない。また 、光導波路 4を下部基板 7の上面に形成し、その工程の中で光路変換面 31a、 32aを 併せて形成することができる。ここで、従来のようなダイサー切断機を用いた加工方 法では、光導波路 4と下部クラッド部 4cとの境界面に光路変換面 31aを形成すること はできな力つた。図 5に示すように、光路変換面 31aを形成するためのコア部 4aと下 部クラッド部 4cの境界面の屈曲部 4dは、下部基板 7の上面に突起 7aを配置すること により形成される。この作製方法については、次の図 6で詳細に説明する。このように 、本発明では、上部クラッド部 4b及び下部クラッド部 4cのいずれについても、コア部 4 aとの境界面の任意の位置に光路変換面を形成することができる。
[0086] なお、図示しないが、図 5の光伝送機能内蔵基板においても、図 1 (b)に示したよう に、上部基板 5上または下部基板 7上に光半導体デバイスを搭載してもよい。その場 合、光半導体デバイスの活性領域を第 1の屈折率分布体 21または第 2の屈折率分 布体 22に対向させて光学的に結合させる。
[0087] 図 6 (a)〜 (h)並びに図 7 (a)及び (b)は、図 5に示した光伝送機能内蔵基板の製造 方法の一例を工程順に示した要部断面図である。
図 6 (a)に示すように下部基板 7を準備する。
図 6 (b)に示すように下部基板 7に貫通孔を設け、その内部に屈折率分布体 22を 形成する。屈折率分布体 22の形成方法は、上述の図 2または図 3に示した通りであ る。
[0088] 次に、図 6 (c)に示すように、下部基板 7の上面に突起 7aを作製する。突起 7aの断 面形状はおおよそ台形ないしは半楕円形である。突起 7aを設ける位置は、後工程で 接合される上部基板 5における屈折率分布体 21に対応する位置とする。作製方法は 、例えば、下部基板 7に貼着した銅や金などの金属膜を盛り上げ成型する方法、また は、金属材料ゃ榭脂材料で予め成型したものを基板に接着する方法等を用いる。
[0089] 次に、図 6 (d)に示すように、下部基板 7の上面に透明高分子材料を一定の厚さで 塗布し、プリベータを施して固化させる。透明高分子材料は、屈折率分布体 22の形 成材料と同じ感光性高分子材料とすることが、信号光の反射を低減する上で好適で ある。これにより、光導波路 4の下部クラッド部 4cが形成される。このとき、突起 7aを設 けた箇所は、この突起 7aの外郭形状に沿って下部クラッド部 4cが盛り上がることによ り屈曲部 4dを形成する。
[0090] 次に、図 6 (e)に示すように、下部クラッド部 4cの屈曲部 4dの表面を光反射膜 31で 被覆する。例えば、銅や金などの金属材料を、塗布、メツキもしくは蒸着などの技術 により屈曲部 4dの表面に被覆する。さらに、光反射膜 31の表面は平滑なものとする 。これにより光路変換面 31aが形成される。
[0091] 次に図 6 (f)に示すように、光反射膜 31上を含む下部クラッド部 4cの表面上に下部 クラッド部 4cよりも屈折率が高い透明高分子材料を塗布する。さらに、プリベータを施 してこの透明高分子材料を固化させ、所望するコア部 4cのパターンとなるように適宜 切削することによりコア部 4aを形成する。あるいは、上述の図 4 (c)で示したように感 光性高分子材料を塗布し、図 4 (d)及び (e)に示したように、所望するコア部のパター ンに対応したフォトマスクを介して紫外光の露光を行うことによりコア部 4aを形成する 。図 6 (f)に示すように、光路変換面 31aの部分においてコア部 4aの上面が盛り上が ることになる力 コア部 4aから上方へ光路変換する場合にはこの盛り上がりの傾斜に 従って光が進むため、有利である。
[0092] 次に図 6 (g)に示すように、ダイサー切断機等による切肖 ij、ある 、は加熱による成型 などの手法を用いてコア部 4cを表面力も部分的に除去することにより、屈曲部 4eを 形成する。屈曲部 4eを設ける位置は、屈折率分布体 22に対応する位置とする。
[0093] 次に図 6 (h)に示すように、屈曲部 4eの表面を光反射膜 32で被覆する。この方法 は、上述の図 6 (e)の光反射膜 31と同様である。これにより光路変換面 32aが形成さ れる。
[0094] 次に図 6 (i)に示すように、光反射膜 32上を含むコア部 4aの表面上に透明高分子 材料を塗布し固化させることにより上部クラッド部 4bを形成する。上部クラッド部 4bを 例えばスピンコートで形成すると、突起 7aによるコア部 4a上面の凹凸は吸収されて 上部クラッド部 4bの上面はほぼ平坦となる。最後に全体に対してポストベータを適宜 行い、硬化促進させることにより光導波路 4の作製が完了する。
[0095] さらに、図 7 (a)に示すように、下部基板 7上に形成された光導波路 4の上面に対し て、上部基板 5を貼り合わせて積層する。図示しないが、この際、上部基板 5の下面 に接着用の榭脂を塗布しておく。なお、上部基板 5には、第 1の屈折率分布体 21が 上述の図 2または図 3に示した方法で予め形成されている。第 1の屈折率分布体 21 の位置は、下部基板 7に形成された光路変換面 31aの位置に対応する。
[0096] なお、本発明は以上の実施の形態の例に限定されるものではなぐ本発明の要旨 を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることは何ら差し支えない。例えば、上部基板 5に屈折率分布体 21を形成した後に、光半導体デバイスの搭載面 (上面)とは反対 側の面 (下面）に感光性榭脂を塗布して光導波路 4を形成し、次いで光路変換面を 設ける製造手順としてもよい。
図面の簡単な説明
[0097] [図 1]本発明の光結合構造およびそれを用いた本発明の光伝送機能内蔵基板の実 施の形態の一例を示す図であり、（a)は平面図、（b)は（a)の A— A'線断面図である
[図 2] (a)〜 (d)は、それぞれ本発明の光結合構造における屈折率分布体の形成方 法の実施の形態の一例を示す工程ごとの要部断面図である。
[図 3] (a)および (b)は、それぞれ本発明の光結合構造における屈折率分布体の形 成方法の実施の形態の他の例を示す工程ごとの要部断面図であり、（c)は傾斜状屈 折率分布体における直径方向の屈折率分布の例を示す線図である。
[図 4] (a)〜 (g)は、それぞれ本発明の光結合構造および光伝送機能内蔵基板にお ける光路変換面 3aおよび光導波路 4の形成方法の例を工程順に示した要部断面図 であり、左側に図 1 (a)に示した A— A'線断面図に相当する要部断面図を、右側に その直交する方向の要部断面図を示して!/、る。
[図 5]本発明の光伝送機能内蔵基板の別の実施形態の断面図である。
[図 6] (a)〜 (i)は、図 5の光伝送機能内蔵基板の製造方法を示す図である。
[図 7] (a)及び (b)は、図 5の光伝送機能内蔵基板の製造方法を示す図である。
[図 8]従来の光伝送機能内蔵基板の断面図である。
符号の説明
1 光半導体デバイス
2' 液状の感光性高分子材料
2、 21、 22 屈折率分布体
2a 中心部 (コア部:高屈折率領域）
2b 周辺部 (クラッド部:低屈折率領域）
3 光路変換体
3a 光路変換面
4 光導波路
4a コア部
4b 上部クラッド部
4c 下部クラッド部
4d、4e 境界面における屈曲部
5 上部基板
5a ； h通孑し
6a, 6b 電極および電気配線
7 下部基板
7a 突起
8 信号光
9 フォトマスク
9a 透光部
9b 遮光部
31、 32 光反射膜 a、 32a 光反射面

Claims

請求の範囲
[I] 光導波路と、径方向において中心部力 周辺部に向かって屈折率が低くなる円筒 形状の屈折率分布体と、前記光導波路と前記屈折率分布体の間で光路を変換させ るべく前記光導波路および前記屈折率分布体の双方に対して光学的に結合した光 路変換面とを有する光結合構造。
[2] 前記屈折率分布体は、径方向において中心部力も周辺部に向力つて階段状に低 くなるように形成された屈折率分布を具備する、請求項 1に記載の光結合構造。
[3] 前記屈折率分布体は、径方向において中心部力も周辺部に向力つて同心円状に 漸次低くなるように形成された屈折率分布を具備する、請求項 1に記載の光結合構 造。
[4] 前記屈折率分布体は感光性高分子材料で形成され、紫外光の照射によって前記 屈折率分布を形成されている、請求項 1〜3のいずれかに記載の光結合構造。
[5] 前記光導波路は感光性高分子材料によって形成され、紫外光の照射によってコア 部と前記コア部の周囲のクラッド部とが形成されている、請求項 1〜4のいずれかに記 載の光結合構造。
[6] 前記光路変換面が前記屈折率分布体の光軸に対して傾斜した光反射面を具備し
、前記光反射面は前記光導波路のコア部とクラッド部との境界面における屈曲部に 形成されている、請求項 1〜4のいずれか〖こ記載の光結合構造。
[7] 前記光路変換面は、前記屈折率分布体の光軸に対して 45度傾斜した光反射面を 具備する、請求項 1〜6のいずれかに記載の光結合構造。
[8] 前記光路変換面と前記光導波路の端部が間隔を空けて対向している、請求項 1〜
7の 、ずれかに記載の光結合構造。
[9] 前記屈折率分布体および前記光路変換面を介して前記光導波路に光学的に結合 しかつ活性領域を前記屈折率分布体に対向させた光半導体デバイスをさらに有する
、請求項 1〜8のいずれかに記載の光結合構造。
[10] 前記光半導体デバイスがそれぞれ面発光型レーザダイオードまたは面受光型フォ トダイオードである、請求項 9に記載の光結合構造。
[II] 請求項 1〜8のいずれかに記載の光結合構造と、基板とを有し、前記光導波路およ び前記光路変換面が前記基板上に形成され、前記屈折率分布体が前記基板を貫 通して形成されて!ヽる光伝送機能内蔵基板。
[12] 請求項 1〜8のいずれかに記載の光結合構造と、第 1の基板と、前記第 1の基板と 平行に配置された第 2の基板とを有し、前記光導波路および前記光路変換面が前記 第 1と第 2の基板の間に形成され、前記屈折率分布体が前記第 1または第 2の基板を 貫通して形成されて!ヽる光伝送機能内蔵基板。
[13] 請求項 9または 10に記載の光結合構造と、基板とを有し、前記光導波路および前 記光路変換面が前記基板の一方の面上に形成され、前記光半導体デバイスが前記 基板の他方の面上に配置され、前記屈折率分布体が前記基板を貫通して形成され て ヽる光伝送機能内蔵基板。
[14] 請求項 9または 10に記載の光結合構造と、第 1の基板と、前記第 1の基板と平行に 配置された第 2の基板とを有し、前記光導波路および前記光路変換面が前記第 1と 第 2の基板の間に形成され、前記光半導体デバイスが前記第 1または第 2の基板に おける前記光導波路および前記光路変換面を形成した面と反対側の面上に配置さ れ、前記屈折率分布体が前記第 1または第 2の基板を貫通して形成されている光伝 送機能内蔵基板。
[15] 第 1の基板と、前記第 1の基板と平行に配置された第 2の基板と、前記第 1と第 2の 基板の間に形成された光導波路と、前記光導波路上の離間した位置にて前記第 1と 第 2の基板をそれぞれ貫通して形成された第 1および第 2の屈折率分布体と、前記光 導波路と前記第 1の屈折率分布体の間で光路を変換させるベく前記光導波路およ び前記第 1の屈折率分布体の双方と光学的に結合した第 1の光路変換面と、前記光 導波路と前記第 2の屈折率分布体の間で光路を変換させるベく前記光導波路およ び前記第 2の屈折率分布体の双方と光学的に結合した第 2の光路変換面とを有し、 前記光導波路と、前記第 1の屈折率分布体と、前記第 1の光路変換面とが請求項 1 〜： LOのいずれかに記載の光結合構造を形成し、かつ
前記光導波路と、前記第 2の屈折率分布体と、前記第 2の光路変換面とが請求項 1 〜10のいずれかに記載の光結合構造を形成する光伝送機能内蔵基板。
[16] 基板内部に形成された光導波路と、円筒形状の屈折率分布体と、前記光導波路と 前記屈折率分布体の間で光路を変換させるベく前記光導波路および前記屈折率分 布体の双方に対して光学的に結合した光路変換面とを有し、前記光路変換面が前 記屈折率分布体の光軸に対して傾斜した光反射面を具備し、前記光反射面は前記 光導波路のコア部とクラッド部の境界面を屈曲させて形成されている光伝送機能内 蔵基板の製造方法にぉ 、て、
前記光路変換面を形成する工程が、
コア部を形成した後、前記屈折率分布体の光軸と交わる位置において前記コア部 を除去することにより前記コア部の表面に傾斜面を形成する工程と、
前記傾斜面を光反射膜で覆うことにより前記光反射面を形成する工程と、 前記光反射膜上を含む前記コア部上にクラッド部を形成する工程とを含むことを特 徴とする光伝送機能内蔵基板の製造方法。
基板内部に形成された光導波路と、円筒形状の屈折率分布体と、前記光導波路と 前記屈折率分布体の間で光路を変換させるベく前記光導波路および前記屈折率分 布体の双方に対して光学的に結合した光路変換面とを有し、前記光路変換面が前 記屈折率分布体の光軸に対して傾斜した光反射面を具備し、前記光反射面は前記 光導波路のコア部とクラッド部の境界面を屈曲させて形成されている光伝送機能内 蔵基板の製造方法にぉ 、て、
前記光路変換面を形成する工程が、
クラッド部を形成するに先立って、前記屈折率分布体の光軸と交わる位置において 突起を形成する工程と、
前記突起上に前記突起の外郭形状に沿ってクラッド部を形成することにより前記ク ラッド部の表面に傾斜面を形成する工程と、
前記傾斜面を光反射膜で覆うことにより前記光反射面を形成する工程と、 前記光反射膜上を含む前記クラッド部上にコア部を形成する工程とを含むことを特 徴とする光伝送機能内蔵基板の製造方法。
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