专利名称：光波导和光波导模块的制作方法
技术领域：
本发明涉及光波导、光波导模块，特别是涉及适用于在数据处理装置等机器间或机器内使用光波导作为布线介质对芯片间和电路板间所收发的高速光信号进行传输时成为终端的光波导模块的有效技术。
背景技术：
近年来，在信息通信领域，正在急速地进行使用光高速地交换大容量数据的通信交通的建设，迄今对于城域网骨干层、汇聚层、接入层这些数km以上的较长距离开展了光纤网。今后，为了无延迟地处理大容量数据，进一步对于传输装置间(数m 数百m)或装置内(数cm 数十cm)这种极近的距离，进行信号布线光学化，也是有效的。关于机器间/内的光学布线化，例如在路由器/交换机等传输装置中，将通过光纤从以太 ther)等外部传输来的高频信号输入到线卡(line card)。对于1块背板设置多块线卡，发往各个线卡的输入信号进而经由背板汇集到开关卡，由开关卡内的LSI进行处理后，再次经由背板输出到各个线卡。此处，在现有的装置中，现有300(ibit/S以上的信号从各个线卡经由背板汇集到开关卡。在以现有的电气布线传输这些信号时，考虑到传播损耗，需要在每一条布线上划分1 3(ibit/s左右，因此需要100条以上的布线数量。再者，对于这些高频线路需要采用波形整形电路、反射或者布线间串扰的对策。今后，随着系统大容量化的进一步发展而成为处理Tbit/s以上的信息的装置时，对于现有的电气布线，布线条数、串扰对策等课题将愈发深入。对此，通过将装置内线卡 背板 开关卡的电路板间、进而电路板内芯片间的信号传输线路光学化，能够以较低的损耗传播 IOGbps以上的高频信号，因此只需较少的布线条数即可，而且即使对高频信号也不需要采用上述对策，所以前景广阔。并且，除上述路由器/交换机以外，摄像机等屏幕图像机器和 PC、移动电话等民生机器在今后图像高精细化时也谋求监视器和终端间的屏幕图像信号传输的高速和大容量化，同时用现有的电气布线时信号延迟、噪音对策等的课题变得显著，因而有效的做法是将信号传输线路光化。为了实现这种高速光互连电路，并将其应用于机器间/内，需要能以廉价的制造方法制造性能方面、小型 集成化、及部件装配性优异的光模块、电路。因此，提出了一种小型、高速的平面型光波导模块，其中，布线介质使用比现有的光纤便宜且有利于高密度化的光波导，将光学部件和光波导集成在基板上。在图8中作为平面型光波导模块的现有方式之一例给出了将光元件、光波导等各光学部件配置在同一基板上的PLC (Planer Lightwave Circuit，平面光波线路)模块的基本构成。本方式中，在同一平台基板100上可集成光元件101、103(例如，101为LD(Laser Diode，激光二极管)，103为PD (Photo Diode，光二极管))、过滤器102等光学部件，所以能够减少部件件数，可以使模块小型化。需要说明的是，图8中，在平台基板100上配置有光波导104和光纤105。并且，由于光轴重合是在将各光学部件搭载在平台基板100上的同时进行的被动对准(Passive alignment)方式，所以可以用较少的安装工时制作模块。
进而，作为平面型光波导模块的现有方式的其他例，专利文献1中公开了相对于搭载在基板上的光元件阵列，安装作为不同物体的膜光波导阵列，并进行光学连接的模块形态。该例中，使用转印用基板相对于膜状的光波导设置凹凸部，通过将该光波导相对于元件安装基板上设置的支撑体进行凹凸嵌合来固定位置，将光波导与光元件光学结合。由此， 制作工序变得简便，可谋求光模块的低成本化。专利文献1 日本特开2005-292379号公报
发明内容
对于作为图8所示的平面型光波导模块的现有方式之一例的PLC模块，由于为被动对准方式即在对设置于平台基板100上的对准标记等进行监视下，仅通过部件的搭载位置精度来调准各光元件，而且光元件的端面与光波导端面间的微小区域的光连接是必要的，所以用于同时满足各个光部件的定位精度的安装裕度小，难以确保良好的光学性能。进而，在将光元件和光波导多通道化的情况下，用于获得稳定的光连接的制作成品率的确保越来越困难。另一方面，在专利文献1所公开的平面型光波导模块中，通过将作为其他物体的膜光波导阵列相对于元件安装基板的支撑体进行凹凸嵌合来与光元件阵列进行光连接也是被动的安装方式，虽然制作工序变得简便，但用于获得稳定的光连接的定位精度依赖于各光学部件的制作精度和部件安装精度，所以高精度化是有限的。特别是在满足单模光波导等的、芯径为几微米的微小光布线与光元件的高效率的光连接时，要求1 μ m左右数量级的安装精度，在阵列化的情况下所要求的精度变得更苛刻。因此，本发明的目的在于提供一种在满足光元件与光波导的高精度且稳定的光连接的同时可以简便制作的光波导模块。对本申请所公开的发明中代表性方案的概要进行简单说明如下。(1) 一种光波导，为芯层被包覆层包围、在一端侧具有由锥形面构成的镜部，通过搭载光元件来传导光的光波导，其中，所述光波导具备凸形状部件，所述凸形状部件以与上述镜部平面性地重叠的方式设置在上述包覆层上，将上述凸形状部件制成这样的形状在搭载有在半导体基板的第1面具有凹部的光元件时，上述光元件的凹部可嵌合于上述凸形状部件。(2)上述(1)中，上述光波导由聚合物构成。(3)上述O)中，上述凸形状部件用与上述芯层相同体系的材料构成。(4)本发明的光波导模块具备被包覆层包围的、在一端侧具有由锥形面构成的镜部的光波导；在半导体基板的第1面具有凹部的光元件；和以与上述镜部平面性地重叠的方式设置在上述包覆层上的凸形状部件，上述凸形状部件嵌合在上述光元件的凹部。(5)本发明的光波导模块具备多个光波导，各个光波导被包覆层包围，各个光波导在一端侧具有由锥形面构成的镜部，各个光波导并排配置；具备多个光元件的光元件阵列，各个光元件在半导体基板的第1面具有凹部，各个光元件对应于上述多个光波导的各个镜部形成于上述半导体基板上；和2个凸形状部件，以与上述多个光波导之中的至少2个光波导的各自镜部平面性地重叠的方式设置在上述包覆层上，上述2个凸形状部件嵌合在上述多个光元件之中的至少2个光元件的凹部。(6)上述(4)或(5)中，上述凸形状部件具有凸透镜功能。(7)上述(6)中，上述光元件在上述凹部的底面具有透镜，上述透镜与上述凸形状部件相互分离。(8)上述(4)或(5)中，上述光元件是具有设置在上述凹部底面的透镜和、与上述透镜对置地设置在上述半导体基板的第1面相反侧的第2面侧的发光部的发光元件。(9)上述(4)或(5)中，上述光元件是具有设置在上述凹部底面的透镜和、与上述透镜对置地设置在上述半导体基板的第1面相反侧的第2面侧的受光部的受光元件。(10)上述(5)中，上述多个光波导为3个以上，在与上述2个凸形状部件对应的2 个光波导之间配置至少1个以上的光波导。(11)上述(5)中，上述多个光波导为3个以上，上述2个凸形状部件与位于由上述 3个以上光波导组成的列的两侧的2个光波导的镜部对应。(12)本发明的光波导模块具备被包覆层包围的、在一端侧和另一端侧具有由锥形面构成的镜部的光波导；具有第1凹部的发光元件；具有第2凹部的受光元件；以与上述光波导一端侧的镜部平面性地重叠的方式设置在上述包覆层上的第1凸形状部件；和以与上述光波导另一端侧的镜部平面性地重叠的方式设置在上述包覆层上的第2凸形状部件， 上述第1凸形状部件嵌合在上述发光元件的上述第1凹部，上述第2凸形状部件嵌合在上述受光元件的上述第2凹部。(13)上述(12)中，上述第1和第2凸形状部件具有凸透镜功能。(14)上述(1 中，上述发光元件和受光元件在上述凹部的底面具有透镜，上述透镜与上述凸形状部件相互分离。对本申请公开的发明中代表性方案所得到的效果进行简单说明如下。根据本发明，以与波导的镜部平面性地重叠的方式设置具有凸状阶梯差的凸形状部件，并且在光元件上设置凹部，通过一一嵌合，能够简易地实现高精度的元件安装。并且， 通过能够高精度地搭载，能够以低损耗将元件与波导间结合，所以能够提供以低耗电可实现效率好、品质高的光传输的光波导模块。进而，如果用与光波导芯层相同体系的材料来构成该凸状形状的阶梯差，则能够通过光波导制造工艺中的光刻这一图案形成步骤来形成。这样，由于能够以连续的工序形成各部件，所以能够实现短时间制造，不仅如此，由于与搭载其他部件时的位置偏移相比， 能减小与光波导芯层的位置偏移，所以能够形成与光元件的结合效率高的光波导。
[图1A]是表示作为本发明实施例1的光波导模块的简要构成的立体图。[图1B]是表示作为本发明实施例1的光波导模块的简要构成的俯视图。[图1C]是表示沿图IB的A-A线的截面结构的截面图。[图1D]是表示沿图IB的B-B线的截面结构的截面图。[图1E]是表示图IC中省略了光元件(发光元件、受光元件)后的状态的截面图。[图2A]是表示编入本发明实施例1的光波导模块中的发光元件阵列的制造工序 (在半导体基板上形成了结晶成长层的状态)的截面图。
[图2B]是表示图2A接下来的发光元件阵列的制造工序(通过对结晶成长层实施加工处理而形成了发光部的状态)的截面图。[图2C]是表示图2B接下来的发光元件阵列的制造工序(在结晶成长层相反侧的半导体基板表面形成了保护膜图案的状态)的截面图。[图2D]是表示图2C接下来的发光元件阵列的制造工序(在半导体基板上形成了透镜的状态)的截面图。[图3A]是表示编入本发明实施例1的光波导模块中的光波导基板的制造工序 (在基板上形成了包覆层的状态)的截面图。[图3B]是表示图3A接下来的光波导基板的制造工序(在包覆层上形成了芯图案的状态)的截面图。[图3C]是表示图:3B接下来的光波导基板的制造工序(在芯图案的两端部形成了锥形形状的镜(反射镜)的状态)的截面图。[图3D]是表示图3C接下来的光波导基板的制造工序(用包覆层覆盖了芯图案的状态)的截面图。[图4]是对应于图IC表示本发明实施例1的变形例的光波导模块的一部分的截面图。[图5A]是作为本发明实施例2的光波导模块的俯视图。[图5B]是表示沿图5A的C-C线的截面结构的截面图。[图5C]是表示沿图5A的D-D线的截面结构的截面图。[图6A]是作为本发明实施例3的光波导模块的截面图。[图6B]是表示图6A中省略了光元件(发光元件、受光元件)后的状态的截面图。[图7]是表示应用了本发明光波导模块的实施例4的概要的图。[图8]是表示作为光波导模块的现有方式之一例的、PLC模块的基本构成的图。
具体实施例方式以下，参照附图详细说明本发明的实施例。[实施例1]本实施例1中，对于将本发明应用于光波导模块的例子进行说明，所述光波导模块具有配置有多个发光元件的发光元件阵列、配置有多个受光元件的受光元件阵列和配置有用于将这些阵列光连接的多个光波导的光波导基板。图IA 图IE是作为本发明实施例1的光波导模块的图；图IA是表示光波导模块的简要构成的立体图；图IB是表示光波导模块的简要构成的俯视图；图IC是表示沿图IB的A-A线的截面结构的截面图；图ID是表示沿图IB的B-B线的截面结构的截面图；图IE是表示图IC中省略了光元件(发光元件、受光元件)后的状态的截面图。如图IA 图ID所示，本实施例1的光波导模块具备作为光元件阵列的例如发光元件阵列17和受光元件阵列18、以及用于将这些光元件阵列间(发光元件阵列17-受光元件阵列18)光连接的光波导基板30。
光波导基板30具有由多个光波导13构成的多通道结构的光波导阵列，所述多个光波导13在基板10上各自在第1方向(例如X方向)延伸，并且各自在同一平面内在与上述第1方向正交的第2方向(例如Y方向)并排设置。基板10用例如玻璃环氧树脂、陶瓷或半导体等材料形成。多个光波导13各自被设置于基板10上的包覆层11包围，并且用由折射率高于包覆层11的材料构成的芯12形成。并且，多个光波导13各自在相互位于对侧的一端侧和另一端侧具有由锥形面构成的镜部(反射镜)14a，14b，所述镜部用于将传播光的光路转换成相对光波导13的延伸方向大致垂直的方向。所形成的一端侧的镜部Ha 具有相对于包覆层11或基板10的厚度方向逆时针转大约45度的角度，所形成的另一端侧的镜部14b具有相对于包覆层11或基板10的厚度方向顺时针转大约45度的角度。本实施例中，多个光波导13包含光波导13a (参照图1C)和光路长度比该光波导 13a的光路长度长的光波导13b (参照图1D)，该光波导13a和光波导1 在上述第2方向交替重复配置。光波导13a和13b配置成光波导13a的一端侧的镜部Ha位于光波导13b 的一端侧的镜部Ha的内侧(光波导13a的另一端侧的镜部14b侧)、光波导13a的另一端侧的镜部14b位于光波导13b的另一端侧的镜部14b的内侧(光波导13a的一端侧的镜部 14a侧)的形式。即，对于本实施例的光波导阵列，在上述第2方向中，多个光波导13各自的一端侧的镜部Ha和各自的另一端侧的镜部14b以Z字形配置。发光元件阵列17对应光波导13的数量具有多个发光元件LD，该多个发光元件LD 各自形成在例如1个通用的半导体基板19a(参照图IC和图1D)上。与多个光波导13各自的一端侧的镜部14a的Z字形配置对应，发光元件阵列17的多个发光元件LD以Z字形配置(参照图1B)。受光元件阵列18对应光波导13的数量具有多个受光元件PD，该多个受光元件PD 各自形成在例如1个通用的半导体基板19b(参照图IC和图1D)上。与多个光波导13各自的另一端侧的镜部14b的Z字形配置对应，受光元件阵列18的多个受光元件PD以Z字形配置(参照图1B)。发光元件阵列17的多个发光元件LD平面性地与多个光波导13的一端侧的镜部 14a重叠，换言之，与多个光波导13的一端侧的镜部1 对置，从而配置于包覆层11上(参照图IC和图1D)。受光元件阵列18的多个受光元件PD平面性地与多个光波导13的另一端侧的镜部14b重叠，换言之，与多个光波导13的另一端侧的镜部14b对置，从而配置于包覆层11上(参照图IC和图1D)。此处，发光元件阵列17具有与多个光波导13各自的一端侧的镜部14a的Z字形配置对应地形成Z字形配置的多个发光元件LD，换言之，发光元件阵列17从靠近受光元件阵列18的一侧起具有第1列发光元件LDl和第2列发光元件LD2，第1列发光元件LDl对应多个光波导13之中的光波导13a的一端侧的镜部14a(光波导13b的一端侧的镜部Ha 的内侧)配置，第2列发光元件LD2偏离第1列发光元件LDl半节距，对应多个光波导13 之中的光波导13b的一端侧的镜部14a(光波导13a的一端侧的镜部14a的外侧)配置。并且，受光元件阵列18也与发光元件阵列17同样，具有与多个光波导13各自的另一端侧的镜部14b的Z字形配置对应地形成Z字形配置的多个受光元件PD，换言之，受光元件阵列18从靠近发光元件阵列17的一侧起具有第1列受光元件PDl和第2列受光元件 PD2，第1列受光元件PDl对应多个光波导13之中的光波导13a的另一端侧的镜部14b (光波导13b的另一端侧的镜部14b的内侧)配置，第2列受光元件PD2偏离第1列受光元件 PDl半节距，对应多个光波导13之中的光波导1 的另一端侧的镜部14b (光波导13a的另一端侧的镜部14b的外侧)配置。S卩，本实施例的光波导模块中，用光路长度比光波导13b的光路长度短的光波导 13a将发光元件阵列17的第1列(第2列的内侧)的发光元件LDl与受光元件阵列18的第1列(第2列的内侧)的受光元件PDl光连接(内侧-内侧的光连接)，用光路比光波导 13a的光路长的光波导1 将发光元件阵列17的第2列(第1列的外侧)的发光元件LD2 与受光元件阵列18的第2列(第1列的外侧)的受光元件PD2光连接(外侧-外侧的光连接)。发光元件阵列17的多个发光元件LD各自(参照图IC和图1D)具有从半导体基板19a的第2面向其相反侧的第1面凹陷的凹部15a、在该凹部15a的底面设置的透镜16a、 和对应该透镜16a设置在半导体基板19a的第1面侧的发光部21，从该发光部21在相对于半导体基板19a的垂直方向(半导体基板19a的厚度方向)发光。即，发光元件阵列17的各发光元件LD用在相对于半导体基板19a的垂直方向发光的面发光二极管构成。受光元件阵列18的多个受光元件PD各自(参照图IC和图1D)具有从半导体基板19b的第2面向其相反侧的第1面凹陷的凹部15b、在该凹部15b的底面设置的透镜16b、 和对应该透镜16b设置在半导体基板19b的第1面侧的受光部23，以该受光部23接受来自半导体基板1%的垂直方向(厚度方向)的光。即，受光元件阵列18的各受光元件PD用在相对于半导体基板1%的垂直方向受光的面受光二极管构成。虽然图中没有示出，但在光波导基板30的包覆层11上形成了导电层。发光元件阵列17以其发光元件LD的透镜16a和发光部21与光波导13的一端侧的镜部1 对置的状态通过低温焊料电气连接且机械连接在包覆层11上的上述导电层上，从而安装于光波导基板30上。同样，受光元件阵列18也以其受光元件PD的透镜16b和受光部23与光波导13的另一端侧的镜部14b对置的状态通过低温焊料电气连接且机械连接在包覆层11上的上述导电层上，从而安装于光波导基板30上。如图IC 图IE所示，在光波导基板30的包覆层11上形成有具有凸状阶梯差的凸形状部件6a，并设置成与光波导13的一端侧的镜部Ha平面性地重叠的方式，换言之凸形状部件6a与光波导13的一端侧的镜部1 对置。并且，在光波导基板30的包覆层11 上形成有具有凸状阶梯差的凸形状部件6b，并设置成与光波导13的另一端侧的镜部14b平面性地重叠的方式。凸形状部件6a可与发光元件LD的凹部1 嵌合，通过使发光元件LD的凹部1 与光波导基板30的凸形状部件6a嵌合，来将光波导13的一端侧的镜部1 与发光元件LD 定位，能够简易地实现高精度的元件安装。同样，凸形状部件6b也可与受光元件PD的凹部15b嵌合，通过使受光元件PD的凹部1 与光波导基板30的凸形状部件6b嵌合，来将光波导13的另一端侧的镜部14b与发光元件LD定位，能够简易地实现高精度的元件安装。本实施例中，凸形状部件6a和6b分别不限于此，对应多个光波导13各自的一端侧和另一端侧的镜部(14a，14b)，换言之凸形状部件6a中对应发光元件阵列17的发光元件 LD的数量，凸形状部件6b中对应受光元件阵列18的受光元件PD的数量，可以分别设置多个凸形状部件6a和乩。凸形状部件6a和6b用相对于发光元件LD的发光波长具有至少10%以上的透过率的材料、例如透光性树脂形成。进而，也能够用与光波导的芯层相同的材料构成该凸形状部件的阶梯差。这种情况下，能够通过光波导制造工艺中的光刻这一图案形成步骤来形成凸形状部件的阶梯差。这样，由于能够以连续的工序形成各部件，所以能够实现短时间制造，不仅如此，由于与搭载其他部件时的位置偏移相比，能减小与光波导芯层的位置偏移， 所以能够形成与光元件的结合效率高的光波导。本实施例中，凸形状部件6a和6b具有凸透镜功能。通过使凸形状部件6a和6b 各自具备凸透镜功能，从而用发光元件LD的透镜16a和光波导基板30的凸形状部件6a构成二透镜光学系统，并且，用受光元件PD的透镜16b和光波导基板30的凸形状部件6b构成二透镜光学系统。该二透镜光学系统中，由于能够抑制光的扩展，所以能够确保相对于光波导基板30平面方向的光元件(发光元件LD、受光元件PD)的横向偏移容差，对被动的光元件安装是有效的。凸形状部件6a嵌合在发光元件LD的凹部15a，在该状态下凸形状部件6a与凹部 15a内的透镜16a相互分离。即，为了避免凸形状部件6a与凹部15a内的透镜16a接触，以低于发光元件LD的凹部1 侧的安装面至凹部15a内的透镜16a的深度的高度形成凸形状部件6a。凸形状部件6b嵌合在受光元件PD的凹部15b，在该状态中凸形状部件6b与凹部 15b内的透镜16b相互分离。即，为了避免凸形状部件6b与凹部15b内的透镜16b接触，以低于受光元件PD的凹部1 侧的安装面至凹部15b内的透镜16b的深度的高度形成凸形状部件6b。发光元件LD和受光元件PD的凹部(15a，15b)的平面形状用圆形形成，与此相伴， 凸形状部件(6a，6b)的平面形状也用圆形形成。通过设定为这样的构成，与平面为方形时相比，光元件(发光元件LD，受光元件PD)的凹部(15a，15b)与凸形状部件(6a，6b)的嵌合变得容易，所以能够容易地进行光元件(发光元件LD，受光元件PD)相对于光波导13的镜部(14a，14b)的定位。在本实施例的光波导模块中，从发光元件LD射出的基板垂直方向的光信号被形成于半导体基板19a上的透镜16a聚焦，并被具有凸透镜功能的凸形状部件6a聚焦，通过光波导13的镜部Ha将光路转换为基板水平方向，在光波导13内传播。其后，用镜部14b 将光路再次转换为基板垂直方向，被具有凸透镜功能的凸形状部件6b聚焦后，射出的光信号被形成于半导体基板19b上的透镜16b聚焦，然后在受光元件PD内进行光电转换，作为电信号被取出。由此，发光元件阵列17的多个发光元件LD与光波导阵列的多个光波导13通过形成在半导体基板19a上的透镜16a、具有凸透镜功能的凸形状部件6a和形成在光波导13的一端侧的镜部Ha可以低损耗且高密度地进行光连接，受光元件阵列18的多个受光元件PD 与光波导阵列的多个光波导13通过形成在半导体基板19b上的透镜16b、具有凸透镜功能的凸形状部件6b和形成在光波导13的另一端侧的镜部14b，可以低损耗且高密度地进行光连接。进而，由于透镜16a、16b —体形成于发光元件阵列17和受光元件阵列18的半导
10体基板(19a，19b)上，镜部14a、14b、具有凸透镜功能的凸形状部件6a、6b形成在光波导13 的两端，所以不需要进行光波导与光元件间的光部件安装，因而可以通过数量少的部件、制作工序构成光波导模块。接着，对于作为本发明实施例1的光波导模块的各构成部件的制作方法进行简单说明。图2A 图2D是表示编入本发明实施例1的光波导模块的发光元件阵列的制造工序的截面图(说明发光元件阵列17的制作过程的一例的图)。需要说明的是，本发明能够适用于单一元件和阵列元件这两种元件，制作过程对于这两种元件也相同。用于此处说明的图给出阵列元件的情况。图2A是表示在半导体基板19a上形成了结晶成长层20的状态的图。半导体基板 19a的材料可举出在化合物半导体的光元件中一般使用的、砷化镓(GaAs)和磷化铟(MP) 等，但如上所述，优选对发光波长透明的材料，使得在光通过半导体基板19a内时损耗不增大。其次，如图2B所示，对结晶成长层20实施光刻或蚀刻等加工工艺，由此形成发光部21。对于详细的制作方法不特别进行叙述，但在发光部21内或其附近也具备镜结构等， 以使来自发光部21的光向半导体基板19a方向射出。接着，如图2C所示，通过光刻法在结晶成长层20相反侧的半导体基板19a表面形成保护膜22a、22b图案。此处，保护膜22a、22b的材料为感光性抗蚀剂或二氧化硅膜为宜， 需要选择对下述的透镜形成时的半导体蚀刻工艺具有耐性的材料。并且，保护膜2 对通过干涉光刻法等设置成曲面形状以使在实施半导体蚀刻时形成透镜形状是有效的。 接着，如图2D所示，通过半导体蚀刻工艺，在半导体基板19a上形成透镜16a，完成发光元件阵列17。对于半导体蚀刻方法也不特别进行叙述，通过使用了等离子体和气体的干蚀刻、利用化学药品进行的湿蚀刻、或两者的组合等可以形成透镜16a。另外，在此已对发光元件阵列17的制作方法之一例进行了叙述，作为本发明的光波导模块的其他构成部件的、受光元件阵列18也可以通过与上述同样的过程制作。图3A-图3D是表示编入本发明实施例1的光波导模块的光波导基板的制造工序的截面图(说明光波导基板的制作过程的一例的图)。需要说明的是，本发明能够适用于单一波导和阵列波导这两种波导，制作过程对于这两种波导也相同。用于此处说明的图给出阵列波导的情况。
图3A是表示通过涂布或粘贴在基板10上形成了包覆层Ila的状态的图。 基板10的材料使用在印刷基板中一般使用的玻璃环氧树脂等。并且，作为包覆层Ila的材料，与石英类等相比，适合使用与印刷基板工艺的亲和性好，通过光刻法可以简便制作的感光性聚合物材料。接着，如图:3B所示，通过光刻，将包覆层Ila的上面的芯图案12a、12b制成长方体形状。芯图案12a、12b的材料适合使用与包覆层Ila同样的感光性聚合物材料。接着，如图3C所示，在芯图案12a、12b的两端部分别形成锥形的镜部14a、14b。并且，镜部14a、14b的制作中能够使用基于切割或激光的物理加工、或倾斜光刻法等方法。进而，对于镜部14a、14b的表面，设置成设有空心壁以对由空气与芯的折射率差所致的全反射进行了利用的结构，或进而通过蒸镀或镀覆等被覆上Au等金属从而以高效率反射光。
接着，如图3D所示，将芯图案12a、12b分别用包覆层lib覆盖，由此制作成具备具有用芯12 (芯图案12a，12b)形成的多个光波导13 (13a，13b)的光波导阵列的光波导基板30，所述芯被包覆层ll(lla，llb)包围，并由折射率高于该包覆层11的折射率的材料构成。需要说明的是，在此已对具备单层光波导阵列的光波导基板30的制作方法之一例进行了叙述，在层合多层相同的光波导阵列的情况下，也可以通过反复实施上述图3A 图3D的过程来制作。进而，通过在图3D的状态下用粘接等方法粘贴具有凸透镜功能的凸形状部件 (6a，6b)，可实现如图IC所示的、具有凸状阶梯差的光波导基板30。如上所述，根据本实施例1，在光波导阵列一侧的镜部Ha上载置有在同一半导体基板19a上具备透镜16a的发光元件阵列17，在光波导阵列另一侧的镜部14b上载置有在同一半导体基板1%上具备透镜16b的受光元件阵列18，通过在发光元件LD的半导体基板19a上所具备的透镜16a、在光波导基板30的包覆层11上所具备的具有凸透镜功能的凸形状部件6a、光波导13的镜部14a，进行发光元件阵列17的发光元件LD与光波导阵列的光波导13(芯1 之间的光的授受，通过在受光元件PD的半导体基板19b上所具备的透镜 16b、在光波导基板30的包覆层11上所具备的具有凸透镜功能的凸形状部件6b、和光波导 13的镜部14b，进行受光元件阵列18的受光元件PD与光波导阵列的光波导13 (芯12)之间的光的授受，不需要在光波导13与光电转换元件(发光元件LD，受光元件PD)间安装光部件，能够抑制从发光元件LD或光波导13射出的光因光束扩展而导致的光连接损耗。进而，由于可以通过光元件阵列(发光元件阵列17，受光元件阵列18)的制作过程在光元件阵列(发光元件阵列17，受光元件阵列18)的同一半导体基板(19a，19b)上制作透镜(16a，16b)，所以能够避免部件数或制作工序的增加和成品率的恶化。并且，在光波导基板30的包覆层11上以平面性地与光波导13的一端侧的镜部 Ha重叠的方式(换言之，与镜部Ha对置)设置可与发光元件阵列17的发光元件LD的凹部1 嵌合的具有凸状阶梯差的凸形状部件6a，在将光波导基板30的光波导13的一端侧的镜部Ha与发光元件阵列17的发光元件LD光连接时，通过使凸形状部件6a嵌合在发光元件LD的凹部15a，来将发光元件LD与光波导13的一端侧的镜部Ha定位，所以能够简易地实现高精度的发光元件阵列17 (发光元件LD)的安装。并且，在光波导基板30的包覆层11上以平面性地与光波导13的另一端侧的镜部 14b重叠的方式(换言之，与镜部14b对置)设置可与受光元件阵列18的受光元件PD的凹部1 嵌合的具有凸状阶梯差的凸形状部件6b，在将光波导基板30的光波导13的另一端侧的镜部14b与受光元件阵列18的受光元件PD光连接时，通过使凸形状部件6b嵌合在受光元件PD的凹部15b，来将受光元件PD和光波导13的另一端侧的镜部14b定位，所以能够简易地实现高精度的受光元件阵列18 (受光元件PD)的安装。并且，通过高精度地安装发光元件阵列17 (发光元件LD)和受光元件阵列18 (受光元件PD)，能够以低损耗将元件与波导间结合，所以能够提供以低耗电可实现效率好且品质高的光传输的光波导模块。并且，通过使凸形状部件6a和6b各自具备凸透镜功能，从而用发光元件LD的透镜16a和光波导基板30的凸形状部件6a构成二透镜光学系统，并且，用受光元件PD的透镜16b和光波导基板30的凸形状部件6b构成二透镜光学系统。该二透镜光学系统中，由于能够抑制光的扩展，所以能够确保相对于光波导基板30的平面方向的光元件(发光元件 LD,受光元件PD)的横向偏移容差，对被动的光元件安装是有效的。需要说明的是，本实施例中，对于对应多个光波导13各自的一端侧和另一端侧的镜部(14a，14b)，换言之凸形状部件6a中对应发光元件阵列17的发光元件LD的数量，凸形状部件6b中对应受光元件阵列18的受光元件PD的数量，分别设置有多个凸形状部件6a 和6b的例子进行了说明，但不必对应全部的镜部(14a，14b)来设置凸形状部件6a和6b。例如，如本实施例所述，在配置成多个光波导13并排设置时，可以设置凸形状部件6a和6b与至少2个光波导13的镜部(14a，14b)对应。但是，在配置成3个以上光波导13并排设置时，优选以在成为凸形状部件(6a，6b) 的设置对象的2个光波导13之间至少配置1个以上不成为凸形状部件(6a，6b)的设置对象的光波导的方式设置凸形状部件(6a，6b)。并且，在配置成3个以上光波导13并排设置时，优选将位于由3个以上光波导13 组成的列的两侧的2个光波导13作为凸形状部件(6a，6b)的设置对象，对应这2个光波导 13设置凸形状部件(6a，6b)。图4是对应图IC表示作为本发明实施例1的变形例的光波导模块的一部分的截面图。本变形例中，为了对形成于发光元件阵列17的发光元件LD的凹部1 的透镜16a 进行保护，利用形成于该凹部15a内的保护膜7覆盖透镜16a。凸形状部件6a在嵌合于发光元件LD的凹部1 的状态下与凹部15a内的保护膜 7相互分离。即，为了避免凸形状部件6a与凹部15a内的保护膜7接触，以低于发光元件 LD的凹部1 侧的安装面至凹部15a内的保护膜9的深度的高度形成凸形状部件6a。保护膜7用相对于发光元件LD的发光波长具有至少10%以上的透过率的材料、例如透光性树脂形成。另外，虽然没有图示，但与发光元件LD同样，为了对形成于受光元件阵列18的受光元件PD的凹部15b的透镜16b进行保护，也可以用形成于该凹部15b内的保护膜覆盖透镜16b。此时，凸形状部件6b在嵌合于受光元件PD的凹部15b的状态下也与凹部15b内的保护膜相互分离。本变形例也可得到与上述的实施例1相同的效果。[实施例2]图5A 图5C是作为本发明实施例2的光波导模块所涉及的图；图5A是表示光波导模块的简要构成的俯视图(上视图)；图5B是表示沿图5A的C-C线的截面结构的截面图；图5C是表示沿图5A的D-D线的截面结构的截面图。本实施例2的光波导模块形成基本与上述的实施例1相同的构成，不同之处在于以下构成。S卩，上述的实施例1中，已对具有1层光波导阵列的光波导基板30进行了说明。与此相对，如图5A 图5C所示，本实施例2的光波导基板30形成多层结构，其中，光波导13a和光路长度比该光波导13a长的光波导1 分别形成在不同的层。本实施例中，光波导1 形成在第1层，在比该层向上的第2层形成光波导13a，俯视观察时的光波导13a和1 如图5A所示，形成与上述的实施例1(参照图1B)同样的配置。在本实施例的光波导模块中，如图5B所示，从发光元件阵列17的第1列发光元件 LDl在基板垂直方向射出的光信号被形成于半导体基板19a上的透镜16a(16al)聚焦，进而被具有凸透镜功能的凸形状部件6a聚焦，通过位于上层的光波导13a的一端侧的镜部1 将光路转换为基板水平方向，在光波导13a内进行传播。其后，用光波导13a的另一端侧的镜部14b将光路再次转换为基板垂直方向，被具有凸透镜功能的凸形状部件6b聚焦后，射出的光信号被形成于半导体基板1%上的透镜16b(16bl)聚焦，然后用受光元件阵列18的第1列的受光元件PD(PDl)进行光电转换，作为电信号被取出。并且，如图5C所示，与上述同样，从发光元件阵列17的第2列发光元件LD2在基板垂直方向射出的光信号被形成于半导体基板19a上的透镜16a(16d)聚焦，进而被具有凸透镜功能的凸形状部件6a聚焦，通过位于下层的光波导1 的一端侧的镜部1 将光路转换为基板水平方向，在光波导13b内进行传播。其后，用光波导13b的另一端侧的镜部14b 将光路再次转换为基板垂直方向，被具有凸透镜功能的凸形状部件6b聚焦后，射出的光信号被形成于半导体基板1%上的透镜16b(16b2)聚焦，然后用受光元件阵列18的第2列的受光元件PD(PD》进行光电转换，作为电信号被取出。本结构中，如图5B和图5C所示，发光元件阵列17的第1列发光元件LDl的透镜16al和发光元件阵列17的第2列发光元件LD2的透镜16a2至各自光连接的光波导 13 (13a, 13b)的镜部1 的距离不同。因此，通过改变各个透镜16al、16a2的曲率和曲率半径，将与直至光波导13 (13a，13b)的距离相对应的焦点位置最优化。具体地说，通过加深形成于透镜16al、16a2周围的凹部15a，能够减小曲率，通过增大凹陷口径，能够增大曲率半径。因此，将发光元件阵列17的第1列发光元件LDl对应的透镜16al与、第2列发光元件LD2对应的透镜16a2相比较，透镜16al至光波导13 (13a, 13b)的镜部14a的距离短， 所以通过设定第1列发光元件LDl对应的凹部15a比第2列发光元件LD2对应的凹部1 深且径小，从而使透镜16al的曲率和曲率半径比透镜16a2的小。并且，与上述相同，如图5B和图5C所示，受光元件阵列18的第1列的受光元件 PDl的透镜16bl和受光元件阵列18的第2列的受光元件PD2的透镜16 至各自光连接的光波导13(13a、13b)的镜部14b的距离不同。因此，通过改变各个透镜16bl、16b2的曲率和曲率半径，将与直至光波导13 (13a、13b)的距离相对应的焦点位置最优化。具体地说，通过加深形成于透镜16bl、16l32周围的凹部15b，能够减小曲率，通过增大凹陷口径，能够增大曲率半径。因此，将受光元件阵列18的第1列受光元件PDl对应的透镜16bl与第2列受光元件PD2对应的透镜16 相比较，透镜16bl至光波导13 (13a，13b)的镜部14b的距离短，所以通过设定第1列受光元件PDl对应的凹部15b比第2列受光元件PD2对应的凹部1 深且径小，从而使透镜16bl的曲率和曲率半径比透镜16 的小。需要说明的是，改变上述透镜的曲率和曲率半径时，通过在同一半导体基板上改变半导体蚀刻用保护膜的图案，可以一次性且简便地进行制作。如本结构所示，通过层合多层光波导阵列，并设置成与光元件阵列光连接的构成， 可以在更小的面积内形成高密度的光元件、光波导。[实施例3]
图6A和图6B是作为本发明实施例3的光波导模块的图，图6A是表示光波导模块的简要构成的截面图；图6B是表示图6A中省略了光元件阵列(发光元件阵列，受光元件阵列)的图示后的状态的截面图。在此，波导部分使用具有柔性的光波导，该光波导是用可弯曲成任意曲率的材料制作的。[实施例4]图7是表示作为本发明实施例4的、应用了本发明光波导模块的光电混载电路的概要的图。在此给出分别连接在背板95上的子板97应用了实施例1和2中说明的本发明光波导模块的例子。如图7所示，从传输到基板外部的功能以太等板的前部，通过纤维40用传输光波导13的光元件阵列90转换为电信号，将经集成电路92处理后的电信号进一步用光元件阵列90转换为光信号，通过光波导13，与背板95侧的光接插件96光连接。进而，来自各子板 97的光信号通过背板95的纤维40等汇集于开关卡94。进而，通过设置在开关卡94上的光波导13，与光元件阵列90光连接，将经集成电路91处理后的信号通过光元件阵列90再次输入各子板97，从而具有输入输出功能。以上，基于上述实施例具体说明了本发明人所做的发明，但本发明不限于上述实施例，在不脱离其要点的范围内当然可以进行各种变更。产业上的可利用性能够提供一种光波导模块、和使用该光波导模块在电路板上进行信号处理的光电混载电路，该光波导模块是在数据处理装置等机器间或机器内使用光波导作为布线介质对芯片间或电路板间所收发的高速光信号进行传输时的终端，在满足光元件与光波导的高精度且稳定的光连接的同时可以简便制作。符号说明6a, 6b...凸形状部件7，9...保护膜10...基板11，11a，lib...包覆层12...芯12a，12b...芯图案13，13a，13b...光波导14a，14b...镜部15a, 15b. · ·凹部16a, 16al, 16a2,16b, 16bl, 16b2. · ·透镜17...发光元件阵列18...受光元件阵列19a，19b...半导体基板20...结晶成长层21...发光部
22a，22b...保护膜23...受光部30...光波导基板、40...纤维41，96...光接插件91，92...集成电路90...光元件阵列94...开关卡95...背板97...子板
权利要求
1.一种光波导，为芯层被包覆层包围、在一端侧具有由锥形面构成的镜部、通过搭载光元件来传导光的光波导，其特征在于，所述光波导具备凸形状部件，所述凸形状部件以与所述镜部平面性地重叠的方式设置在所述包覆层上，将所述凸形状部件制成这样的形状在搭载有在半导体基板第1面具有凹部的光元件时所述光元件的凹部可嵌合于所述凸形状部件。
2.如权利要求1所述的光波导，其特征在于，所述光波导由聚合物构成。
3.如权利要求2所述的光波导，其特征在于，所述凸形状部件由与所述芯层相同的材料构成。
4.一种光波导模块，其特征在于，具备被包覆层包围的、在一端侧具有由锥形面构成的镜部的光波导；在半导体基板的第1面具有凹部的光元件；和以与所述镜部平面性地重叠的方式设置在所述包覆层上的凸形状部件，所述凸形状部件嵌合在所述光元件的凹部。
5.—种光波导模块，其特征在于，具备多个光波导，各个光波导被包覆层包围，各个光波导在一端侧具有由锥形面构成的镜部，各个光波导并排配置；光元件阵列，具备多个光元件，各个光元件在半导体基板的第1面具有凹部，各个光元件对应于所述多个光波导的各个镜部形成于所述半导体基板上；和2个凸形状部件，以与所述多个光波导之中的至少2个光波导的各自镜部平面性地重叠的方式设置在所述包覆层上，所述2个凸形状部件嵌合在所述多个光元件之中的至少2个光元件的凹部。
6.如权利要求4所述的光波导模块，其特征在于，所述凸形状部件具有凸透镜功能。
7.如权利要求5所述的光波导模块，其特征在于，所述凸形状部件具有凸透镜功能。
8.如权利要求6所述的光波导模块，其特征在于，所述光元件在所述凹部的底面具有透镜，所述透镜与所述凸形状部件相互分离。
9.如权利要求7所述的光波导模块，其特征在于，所述光元件在所述凹部的底面具有透镜，所述透镜与所述凸形状部件相互分离。
10.如权利要求4所述的光波导模块，其特征在于，所述光元件是具有设置在所述凹部底面的透镜和、与所述透镜对置地设置在所述半导体基板的第1面相反侧的第2面侧的发光部的发光元件。
11.如权利要求5所述的光波导模块，其特征在于，所述光元件是具有设置在所述凹部底面的透镜和、与所述透镜对置地设置在所述半导体基板的第1面相反侧的第2面侧的发光部的发光元件。
12.如权利要求4所述的光波导模块，其特征在于，所述光元件是具有设置在所述凹部底面的透镜和、与所述透镜对置地设置在所述半导体基板的第1面相反侧的第2面侧的受光部的受光元件。
13.如权利要求5所述的光波导模块，其特征在于，所述光元件是具有设置在所述凹部底面的透镜和、与所述透镜对置地设置在所述半导体基板的第1面相反侧的第2面侧的受光部的受光元件。
14.如权利要求5所述的光波导模块，其特征在于，所述多个光波导为3个以上， 在与所述2个凸形状部件对应的2个光波导之间配置至少1个以上的光波导。
15.如权利要求6所述的光波导模块，其特征在于，所述多个光波导为3个以上， 所述2个凸形状部件与位于由所述3个以上光波导组成的列的两侧的2个光波导的镜部对应。
16.如权利要求7所述的光波导模块，其特征在于，所述多个光波导为3个以上， 所述2个凸形状部件与位于由所述3个以上光波导组成的列的两侧的2个光波导的镜部对应。
17.—种光波导模块，其特征在于，具备被包覆层包围的、在一端侧和另一端侧具有由锥形面构成的镜部的光波导；具有第1凹部的发光元件； 具有第2凹部的受光元件；以与所述光波导一端侧的镜部平面性地重叠的方式设置于所述包覆层上的第1凸形状部件；和以与所述光波导另一端侧的镜部平面性地重叠的方式设置于所述包覆层上的第2凸形状部件，所述第1凸形状部件嵌合在所述发光元件的所述第1凹部， 所述第2凸形状部件嵌合在所述受光元件的所述第2凹部。
18.如权利要求17所述的光波导模块，其特征在于，所述第1和第2凸形状部件具有凸透镜功能。
19.如权利要求17所述的光波导模块，其特征在于，所述发光元件和受光元件在所述凹部的底面具有透镜，所述透镜与所述凸形状部件相互分离。
全文摘要
本发明提供一种在满足光元件与光波导的高精度且稳定的光连接的同时可以简便制作的光波导模块。本发明的光波导模块包括被包覆层包围的、在一端侧具有由锥形面构成的镜部的光波导；在半导体基板的第1面具有凹部的光元件；和以与上述镜部平面性地重叠的方式设置在上述包覆层上的凸形状部件，在该光波导模块中，使上述凸形状部件嵌合在上述光元件的凹部。
文档编号G02B6/42GK102308236SQ20108000657
公开日2012年1月4日 申请日期2010年1月29日 优先权日2009年2月25日
发明者松冈康信, 菅原俊树 申请人:日立化成工业株式会社