特開 2024-117577 サブキャリア、レーザーモジュール、光学エンジンモジュール及びＸＲグラス

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024117577

(43)【公開日】2024-08-29

(54)【発明の名称】サブキャリア、レーザーモジュール、光学エンジンモジュール及びＸＲグラス

(51)【国際特許分類】

   H01S 5/023 20210101AFI20240822BHJP

   G02B 6/42 20060101ALN20240822BHJP

   G02B 6/12 20060101ALN20240822BHJP

【ＦＩ】

H01S5/023

G02B6/42

G02B6/12 301

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023023744

(22)【出願日】2023-02-17

(71)【出願人】

【識別番号】000003067

【氏名又は名称】ＴＤＫ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100141139

【弁理士】

【氏名又は名称】及川 周

(74)【代理人】

【識別番号】100163496

【弁理士】

【氏名又は名称】荒 則彦

(74)【代理人】

【識別番号】100114937

【弁理士】

【氏名又は名称】松本 裕幸

(72)【発明者】

【氏名】本田 隆

(72)【発明者】

【氏名】青柳 岳

(72)【発明者】

【氏名】福田 誠

(72)【発明者】

【氏名】小巻 壮

(72)【発明者】

【氏名】福▲崎▼ 亮平

【テーマコード（参考）】

2H137

2H147

5F173

【Ｆターム（参考）】

2H137AA17

2H137AB11

2H137AC01

2H137BA52

2H137BB02

2H137BB17

2H137BB25

2H137BC51

2H137CA22F

2H137CA34

2H137CC06

2H137CC10

2H137DA07

2H137DA23

2H137DB08

2H137EA04

2H137HA01

2H147AA04

2H147AB04

2H147AB17

2H147BE14

2H147CA13

2H147CA27

2H147CB03

2H147CC14

2H147CD02

2H147CD09

2H147DA05

2H147EA13C

2H147EA14A

2H147EA14B

2H147EA14D

2H147EA15D

2H147EA35A

2H147FC03

2H147GA26

5F173MB03

5F173MC30

5F173MD12

5F173MD64

5F173MD84

5F173ME22

5F173ME33

5F173MF25

5F173MF27

(57)【要約】

【課題】光半導体素子がサブキャリア上に形成されたときに、光半導体素子の照射面が溶融して形成された構造物により遮断されることが抑制されたサブキャリア及びレーザーモジュールを提供する。
【解決手段】このサブキャリアは、レーザーモジュール用のサブキャリアであって、基台と前記基台の表面に形成された保護層とで構成されたウェハ部と、前記保護層上に形成された第１金属層と、前記第１金属層上に形成された共晶層と、前記共晶層上に形成された第２金属層と、を備え、前記ウェハ部は、幅方向において共晶層と重なる領域であって、長手方向において第１金属層よりも外側の領域に凹部が形成されている。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

レーザーモジュール用のサブキャリアであって、
基台と前記基台の表面に形成された保護層とで構成されたウェハ部と、前記保護層上に形成された第１金属層と、前記第１金属層上に形成された共晶層と、前記共晶層上に形成された第２金属層と、を備え、
前記ウェハ部は、幅方向において第２金属層と重なる領域であって、長手方向において第１金属層よりも外側の領域に凹部が形成されている、サブキャリア。

【請求項2】

積層方向から平面視して、前記第１金属層と、前記共晶層と、の長手方向における端面は、前記長手方向において前記基台の端面よりも内側に位置する、請求項１に記載のサブキャリア。

【請求項3】

前記凹部は、前記保護層の表面からの深さが１０μｍ以上である、請求項１又は２に記載のサブキャリア。

【請求項4】

請求項１に記載のサブキャリアと、前記第２金属層上に、前記長手方向にレーザー光を照射可能に形成された光半導体素子と、を備え、
積層方向から平面視して、前記光半導体素子は、前記凹部と重なる、レーザーモジュール。

【請求項5】

前記第１金属層及び前記共晶層は、前記光半導体素子に覆われている、請求項５に記載のレーザーモジュール。

【請求項6】

前記光半導体素子のレーザー光照射方向において、前記第１金属層の端部と前記光半導体素子の端部との距離が、１μｍ以上である、請求項４又は５に記載のレーザーモジュール。

【請求項7】

請求項４に記載のレーザーモジュールと、
前記レーザーモジュールから出射された光を走査する光走査ミラーと、を備える、光学エンジンモジュール。

【請求項8】

請求項６に記載の光学エンジンモジュールを備える、ＸＲグラス。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、サブキャリア、レーザーモジュール、光学エンジンモジュール及びＸＲグラスに関する。

【背景技術】

【0002】

データトラフィックの増大に伴い、光通信システムや、光通信システムを用いた身の回りの種々の光デバイスの多機能化が進んでいる。最近では多機能化と共に高密度化が求められ、多機能且つ小型な光デバイスが検討されている。

【0003】

近年、シリコン導波路に発光素子や受光素子を集積させるシリコンフォトニクスの技術が進展し、光通信システムに用いられている。合波・分波・波長選択等の光信号処理を行う平面光波回路（Planar Lightwave Circuit：ＰＬＣ）は、光通信システムに用いられる代表的なシリコン導波路の一つである。

【0004】

光通信システム以外の例えば身の回りのウェアラブルデバイスや小型プロジェクタ等においても、使用目的に応じて複数の機能を発現し、且つ装置全体を持ち歩き可能とする、多機能且つ小型な光デバイスが求められている。

【0005】

ＡＲ（Augmented Reality：拡張現実）グラス、ＶＲ（Virtual Reality：仮想現実）グラス等のＸＲグラスは小型のウェアラブルデバイスとして期待されている。ＡＲグラス、ＶＲグラスのようなウェアラブルデバイスにおいては通常の眼鏡型のサイズに各機能が収まるように小型化されることが普及に対するカギとなっている。

【0006】

特許文献１には、レーザー光を出射するレーザーダイオード素子を備えるチップが、溶融したＡｕＳｎ半田によりサブマウントと接合された、レーザーダイオード素子が開示されています。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開２０１６－００１２８９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

しかしながら、特許文献１のレーザーダイオード素子は、レーザーを出射するレーザーダイオード素子を備えるチップが、溶融したＡｕＳｎ半田によりサブマウントと接合されており、溶融したＡｕＳｎ半田がレーザーダイオード素子の照射面にはみ出てしまうと、レーザー光が溶融したＡｕＳｎの構造物により遮断されてしまう。

【0009】

本発明は、上記事情に鑑みてなされた発明であり、光半導体素子がサブキャリア上に形成されたときに、光半導体素子の照射面が溶融して形成された構造物により遮断されることが抑制され、レーザー光が所望の光路を通るように制御されたサブキャリア、レーザーモジュール、またそれを備える光学エンジンモジュール及びＸＲグラスを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を提供する。

【0011】

（１）本発明の一態様に係るサブキャリアは、レーザーモジュール用のサブキャリアであって、基台と前記基台の表面に形成された保護層とで構成されたウェハ部と、前記保護層上に形成された第１金属層と、前記第１金属層上に形成された共晶層と、前記共晶層上に形成された第２金属層と、を備え、前記ウェハ部は、幅方向において共晶層と重なる領域であって、長手方向において第１金属層よりも外側の領域に凹部が形成されている。

【0012】

（２）上記（１）のサブキャリアにおいて、積層方向から平面視して、前記第１金属層と、前記共晶層と、の長手方向における端面は、前記凹部と重なっていてもよい。

【0013】

（３）上記（１）又は（２）のいずれかのサブキャリアにおいて、前記凹部の前記保護層の表面からの深さは、１０μｍ以上であってもよい。

【0014】

（４）本発明の一態様に係るレーザーモジュールは、上記（１）～（３）のいずれかのサブキャリアと、前記第２金属層上に、前記長手方向にレーザー光を照射可能に形成された光半導体素子と、を備え、積層方向から平面視して、前記光半導体素子のレーザー光の照射面が前記凹部と重なる。

【0015】

（５）上記（４）のレーザーモジュールにおいて、前記第１金属層及び前記共晶層は、前記光半導体素子に覆われていてもよい。

【0016】

（６）上記（４）又は（５）のレーザーモジュールは、前記光半導体素子のレーザー光照射方向において、前記第１金属層の端部と前記光半導体素子の端部との距離が、１μｍ以上であってもよい。

【0017】

（７）本発明の一態様に係る光学エンジンモジュールは、上記（４）～（６）のいずれかのレーザーモジュールと、前記レーザーモジュールから出射された光を走査する光走査ミラーと、を備える。

【0018】

（８）本発明の一態様に係るＸＲグラスは、上記（７）の光学エンジンモジュールを備える。

【発明の効果】

【0019】

本発明によれば、光半導体素子がサブキャリア上に形成されたときに、光半導体素子の照射面が溶融して形成された構造物により遮断されることが抑制されたサブキャリア及びレーザーモジュールを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】本発明の一実施形態に係るレーザーモジュールの構造を説明する斜視図である。

【図2】図１に示すレーザーモジュールのＰＬＣの入射面の断面図である。

【図3】図１に示すレーザーモジュールの一部の平面図である。

【図4】図１のレーザーモジュールに備えられるサブキャリア及び半導体発光素子の構造を説明する断面図である。

【図5】図１のレーザーモジュールに備えられるサブキャリア及び半導体発光素子の構造を説明する断面図であって、図２と別の向きの断面を示す断面図である。

【図6】本発明の一実施形態に係るサブキャリアの製造方法を説明する図である。

【図7】本発明の一実施形態に係るサブキャリアの製造方法を説明する図であって、ウェハ部に凹部を形成する様子を示す図である。

【図8】本発明の一実施形態に係るサブキャリアの製造方法を説明する図であって、ＬＤを基台に接合させる様子を示す図である。

【図9】図１のレーザーモジュールの変形例を示す上面図である。

【図10】図１のレーザーモジュールの変形例を示す斜視図である。

【図11】パッケージされた集積レーザーモジュールの平面図である。

【図12】図１１のレーザーモジュールの断面図である。

【図13】図１１のレーザーモジュールのカバーを外した状態の平面図である。

【図14】図１１のレーザーモジュールの出射部側から見た側面図である。

【図15】図１１のレーザーモジュールの使用時の一形態を示す斜視図である。

【図16】本発明の一実施形態に係るＸＲグラスを説明するための概念図である。

【図17】本発明の一実施形態に係るレーザーモジュールから出射されたレーザー光によって網膜に直接画像が投影される様子を示す概念図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

以下、実施形態について、図を適宜参照しながら詳細に説明する。以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などは実際とは異なっていることがある。以下の説明において例示される材料、寸法等は一例であって、本発明はそれらに限定されるものではなく、本発明の効果を奏する範囲で適宜変更して実施することが可能である。本実施形態において、ある層が他の層上に形成されるとは、該他の層上に直接形成される例に限定されず、別の層を介して形成される構成を含む。

【0022】

［レーザーモジュール］
図１は、本発明の一実施形態に係るレーザーモジュールの構造を説明する斜視図である。図２は、図１に示すレーザーモジュールのＰＬＣの入射面の断面図であり、図３は、図１に示すレーザーモジュールの一部の平面図である。

【0023】

図１に示されるレーザーモジュール１００は、詳細を後述するサブキャリア１０、サブキャリア１０の上面１１に金属層７０を介して接合されたＬＤ（光半導体素子）３０、サブキャリア１０の面内方向に形成された基板４０及び、基板４０の上面に設けられたＰＬＣ（光導波路）５０を備える。ＬＤ３０は、サブキャリア１０に近い側の表面に成長層３３が形成されている。ＬＤ３０は、金属層７０のうち、詳細を後述する第２金属層上に、長手方向（ｙ方向）にレーザー光を照射可能に形成されている。図に示すレーザーモジュールにおいて、ＬＤ３０は、＋ｙ方向にレーザー光を照射可能に設けられている。尚、ＬＤ３０のｙ方向における両側の面には、例えば、反射面が形成されている。例えば、レーザー光の照射方向である＋ｙ方向の端面には反射率の低い反射面が形成され、－ｙ方向には反射率の高い反射面が形成されることで、誘導放出により出射されるレーザー光の強度が高まる。

【0024】

レーザーモジュール１００は、光の３原色である赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）のそれぞれの色の光を合わせる合波器である。レーザーモジュール１００は、例えばヘッドマウントディスプレイに搭載される合波器として適用可能である。使用する光源であるＬＤ（光半導体素子）３０は、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）とは限らず、本実施形態において、例示した光の３原色のＬＤ（光半導体素子）３０は、市販の赤色光、緑色光、青色光等の各種レーザー素子が使用可能である。適宜、所望の用途により選択すればよく、例えば、赤色光は、ピーク波長が６１０ｎｍ以上７５０ｎｍ以下である光が使用可能であり、緑色光は、ピーク波長が５００ｎｍ以上５６０ｎｍ以下である光が使用可能であり、青色光は、ピーク波長が４３５ｎｍ以上４８０ｎｍ以下である光が使用可能である。

【0025】

ＬＤ３０は、例えば、ウェハ部２０に近い側から順に、Ｐ＋コンタクト層、電流ブロック層、Ｐ＋クラッド層、Ｎ－クラッド層、Ｎ－半導体基板がこの順で重なる積層体であり、ウェハ部２０に近い側の面が高電位、ウェハ部２０から離間した側の面が低電位となるように制御されて動作する。

【0026】

レーザーモジュール１００は、赤色光を発するＬＤ３０－１、緑色光を発するＬＤ３０－２、及び青色光を発するＬＤ３０－３を備える。ＬＤ３０－１，３０－２，３０－３は、それぞれのＬＤから発せられる光の出射方向に略直交する方向において互いに間隔をあけて配置され、個別のサブキャリア１０の上面に設けられている。詳細を後述する通り、ＬＤ３０－１、ＬＤ３０－２、ＬＤ３０－３は、それぞれサブキャリア１０－１，１０－２、１０－３の上面１１－１，１１－２，１１－３に設けられている。以下では、レーザーモジュール１００の任意の構成要素の符号Ｚについて、符号Ｚ－１，Ｚ－２，…，Ｚ－Ｋの構成要素に共通する内容については、これらをまとめて符号Ｚと記載する場合がある。前述のＫは２以上の自然数である。

【0027】

尚、言うまでもないが、本実施形態として示した赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）以外の光も使用可能であり、図面を用いて説明した赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の搭載順についても、この順である必要性はなく適宜変更可能である。

【0028】

基板４０は、シリコン（Ｓｉ）で構成されている。ＰＬＣ５０は、集積回路等の微細な構造を形成する際に用いられる公知のフォトリソグラフィやドライエッチングを含む半導体プロセスによって、上面４１に、基板４０と一体になるように作製されている。図１及び図２に示すように、ＰＬＣ５０には、複数且つＬＤ３０－１，３０－２，３０－３と同数のコア５１－１，５１－２，５１－３と、コア５１－１，５１－２，５１－３を囲むクラッド５２が設けられている。クラッド５２の厚みと、コア５１－１，５１－２，５１－３の幅方向寸法は、特に制限されない。例えば、５０μｍ程度の厚みを有するクラッド５２中に、数ミクロン程度の幅方向寸法を有するコア５１－１，５１－２，５１－３が配設されている。

【0029】

コア５１－１，５１－２，５１－３及びクラッド５２は、例えば石英で構成されている。コア５１－１，５１－２，５１－３の屈折率は、クラッド５２の屈折率より所定値だけ高くなっている。このことによって、コア５１－１，５１－２，５１－３の各々に入射した光が、各コアとクラッド５２との界面で全反射しながら、各コアを伝搬する。コア５１－１，５１－２，５１－３には、例えばゲルマニウム（Ｇｅ）等の不純物が前述の所定値に応じた量でドープされている。

【0030】

以下、ＬＤ３０から発せられる光の出射方向をｙ方向とする。ｙ方向を含む面内でｙ方向に直交し、且つＬＤ３０－１，３０－２，３０－３が互いに間隔をあけて配置されている方向をｘ方向とする。ｘ方向及びｙ方向に直交し、且つサブキャリア１０からＬＤ３０に向かう方向をｚ方向とする。ＰＬＣ５０の入射面６１では、コア５１－１，５１－２，５１－３は、ｘ方向及びｚ方向に関してＬＤ３０－１，３０－２，３０－３から発せられる光の光軸に合わせて配置されている。

【0031】

図１に示すように、コア５１－１，５１－２，５１－３は、ＰＬＣ５０の出射面６４に到達する手前側で一つに集められる。すなわち、コア５１－１，５１－２，５１－３は、ｙ方向の前方に向かうに従って集束し、一つのコア５１－４に合流する。コア５１－１，５１－２，５１－３は、それぞれ、所定の曲率半径以上の曲率半径でコア５１－４に集束することが好ましい。

【0032】

図３に示すように、ＰＬＣ５０の入射面６１がＬＤ３０の出射面３１と対向するように配置されている。詳細には、ＬＤ３０－１の出射面３１－１がコア５１－１の入射面６１－１と対向している。ｘ方向及びｚ方向において、ＬＤ３０－１から発せられる赤色光の光軸と入射面６１－１の中心とが略重なっている。同様に、ＬＤ３０－２の出射面３１－２がコア５１－２の入射面６１－２と対向している。ｘ方向及びｚ方向において、ＬＤ３０－２から発せられる緑色光の光軸と入射面６１－２の中心とが略重なっている。ＬＤ３０－３の出射面３１－３がコア５１－３の入射面６１－３と対向している。ｘ方向及びｚ方向において、ＬＤ３０－３から発せられる青色光の光軸と入射面６１－３の中心とが略重なっている。このような構成及び配置によって、ＬＤ３０－１，３０－２，３０－３から発せられる赤色光、緑色光、青色光の少なくとも一部は、コア５１－１，５１－２，５１－３に入射可能である。

【0033】

図１に示すように、ＬＤ３０－１，３０－２，３０－３から発せられる赤色光、緑色光、青色光は、コア５１－１，５１－２，５１－３にそれぞれ入射した後、各コアを伝搬する。コア５１－１，５１－２及びこれらのコアを伝搬する赤色光及び緑色光は、合流位置５７－２よりｙ方向の後方の所定の合流位置５７－１（図３参照）で合わさる。コア５１－１，５１－２同士が合流したコア５１－７（図３参照）とコア５１－３及びこれらのコアを伝搬する赤色光、緑色光及び青色光は、合流位置５７－２で合わさる。合流位置５７－２で集光された赤色光、緑色光及び青色光は、コア５１－４を伝搬し、出射面６４に到達する。出射面６４から出射される３色光は、例えばレーザーモジュール１００の使用目的に応じて信号光等として用いられる。

【0034】

図３に示すように、ＰＬＣ５０の入射面６１がＬＤ３０の出射面３１と対向するように配置されている。詳細には、ＬＤ３０－１の出射面３１－１がコア５１－１の入射面６１－１と対向している。ｘ方向及びｚ方向において、ＬＤ３０－１から発せられる赤色光の光軸と入射面６１－１の中心とが略重なっている。同様に、ＬＤ３０－２の出射面３１－２がコア５１－２の入射面６１－２と対向している。ｘ方向及びｚ方向において、ＬＤ３０－２から発せられる緑色光の光軸と入射面６１－２の中心とが略重なっている。ＬＤ３０－３の出射面３１－３がコア５１－３の入射面６１－３と対向している。ｘ方向及びｚ方向において、ＬＤ３０－３から発せられる青色光の光軸と入射面６１－３の中心とが略重なっている。このような構成及び配置によって、ＬＤ３０－１，３０－２，３０－３から発せられる赤色光、緑色光、青色光の少なくとも一部は、コア５１－１，５１－２，５１－３に入射可能である。

【0035】

図１、図３に示すように、ＬＤ３０－１、３０－２、３０－３から発せられる赤色光、緑色光、青色光は、コア５１－１，５１－２，５１－３にそれぞれ入射した後、各コアを伝搬する。コア５１－１，５１－２及びこれらのコアを伝搬する赤色光及び緑色光は、合流位置５７－２よりｙ方向の後方の所定の合流位置５７－１（図３参照）で合わさる。コア５１－１，５１－２同士が合流したコア５１－７（図３参照）とコア５１－３及びこれらのコアを伝搬する赤色光、緑色光及び青色光は、合流位置５７－２で合わさる。合流位置５７－２で集光された赤色光、緑色光及び青色光は、コア５１－４を伝搬し、出射面６４に到達する。出射面６４から出射される３色光は、例えばレーザーモジュール１００の使用目的に応じて信号光等として用いられる。

【0036】

サブキャリア１０及び基板４０は、種々の金属層により接合される。サブキャリア１０及び基板４０は、例えば、ＡｕＳｎ等により接合される。図３においては、サブキャリア１０及び基板４０が接合層７８により接合されている様子を示している。接合層７８を構成する層は、一層であってもよく、複数層であってもよい。すなわち、ｙ方向において、サブキャリア１０及び基板４０の間には、複数の金属層が形成されていてもよい。また、ＰＬＣ５０のサブキャリア１０に近い側の端面には、反射防止膜８１が設けられていてもよい。反射防止膜８１は、例えば、基板４０及びＰＬＣ５０の端面に一体成形されている。反射防止膜８１は、例えば、複数の種類の誘電体が、入射光である赤色光、緑色光、青色光の波長に応じた所定の厚みで交互に積層されることによって形成される多層膜である。反射防止膜８１に用いられる誘電体としては、例えば酸化チタン（ＴｉＯ_２）、酸化タンタル（Ｔａ_２Ｏ_５）、酸化シリコン（ＳｉＯ_２）、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）等が挙げられる。

【0037】

ＬＤ３０の出射面３１とＰＬＣ５０の入射面６１とは、所定の間隔で配置されている。入射面６１は出射面３１と対向しており、ｙ方向において出射面３１と入射面６１との間には隙間がある。レーザーモジュール１００は空気中に露出されているので、該隙間には空気が満ちている。

【0038】

＜サブキャリア＞
以下、レーザーモジュール１００に備えられるサブキャリア１０について説明する。図４は、図１のレーザーモジュール１００に備えられるサブキャリア１０及び半導体発光素子（ＬＤ）３０の構造を説明する断面図であり、図５は、図１のレーザーモジュール１００に備えられるサブキャリア１０及び半導体発光素子３０の構造を説明する断面図である。図５の断面図は、図４と直交する断面を示す断面図である。図４では、説明の便宜上、ＬＤ３０から誘導放出により放出されるレーザーＬが合わせて示されている。

【0039】

サブキャリア１０は、レーザーモジュール用のサブキャリアであって、基台２１と基台２１の表面に形成された保護層２２とで構成されたウェハ部２０と、保護層２２上に形成された第１金属層７５と、第１金属層７５上に形成された共晶層７７と、共晶層７７上に形成された第２金属層７６と、を備え、ウェハ部２０は、幅方向において共晶層７７と重なる領域であって、長手方向において第１金属層７５よりも外側の領域に凹部２３が形成されている。本実施形態では、第１金属層７５、共晶層７７及び第２金属層７６を総称して金属層７０と呼称される。

【0040】

（ウェハ部）
ウェハ部２０は、基台２１及び基台２１の表面に形成された保護層２２を備える。基台２１は、例えば、Ｓｉ等で構成されたウェハである。保護層２２は、例えば、Ｓｉの酸化物膜、Ｓｉの熱酸化膜、Ｓｉの窒化物、ＴＥＯＳ（tetraethyl orthosilicate）膜等である。保護層２２は、例えば、ＳｉＯ_ｘ、Ｓｉ_３Ｎ_４、ＴＥＯＳ等の絶縁材料で構成されている。保護層２２は、基台２１をＬＤ３０と電気的に分離する役割を担う。基台２１は、他の領域と比べ、＋ｚ方向に突出している凸部２１ｘを有する。

【0041】

積層方向（ｚ方向）から平面視して、基台２１のｘ方向における端部近傍は、露出している。以下、基台２１の平面視して露出している領域のうち、保護層２２よりも基板４０に近い側に位置する領域を第１領域２１１と呼称し、保護層２２よりも基板４０から離れた側に位置する領域を第２領域２１２と呼称する。すなわち、平面視して、保護層２２は、第１領域２１１及び第２領域２１２の間に位置している。

【0042】

保護層２２は、例えば、平面視して島状に形成されている。すなわち、保護層２２は、例えば、平面視して、基台２１に囲まれている。換言すると、サブキャリア１０において基台２１は、例えば、平面視して保護層２２と重なる領域を除いて露出している。保護層２２は、例えば、凸部２１ｘ上に形成されている。保護層２２の平面視形状は、凸部２１ｘの形状と同じである。

【0043】

ウェハ部２０は、例えば、基台上に保護層を形成した後にエッチング加工される工程を経て、保護層及び基台の一部が除去されて形成される。ウェハ部２０は、該工程により、基台の一部が露出した構造となる。そのため、図４及び図５に示す通り、基台２１のうち、平面視して露出している領域は、窪んだ形状をした凹部２３、２４である。以下、本実施形態では、保護層２２に対してｘ方向に位置する凹部を保護層２２に対してｙ方向に位置する凹部２３と区別するために、予備凹部２４と呼称する場合がある。尚、保護層２２に対してｘ方向に位置する凹部であって、保護層２２に対してｙ方向に位置するものは、凹部２３と称する。

【0044】

凹部２３及び予備凹部２４の保護層２２の主面からの深さｄは、例えば、１０μｍ以上であることが好ましい。このような深さの凹部２３及び予備凹部２４が形成されていることで、後述する共晶層７７からの溶融物が凹部２３，２４で固化するように制御し、該溶融物がＬＤ３０のレーザー光照射面で固化することを抑制する効果を得られやすい。

【0045】

（金属層）
保護層２２上には、金属層７０を介してＬＤ３０が接合されている。金属層７０は、上記の通り、第１金属層７５、共晶層７７及び第２金属層７６を含む。第１金属層７５は、ウェハ部２０上に設けられている。

【0046】

第１金属層７５は、例えば、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、銀（Ａｇ）、インジウム（Ｉｎ）、ニッケル（Ｎｉ）、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）及びタングステン（Ｗ）からなる群から選択される１又は複数の金属で構成されている。第１金属層７５は、例えば、スパッタ、蒸着、ペースト化した金属の塗布等の公知の手法によって形成可能である。

【0047】

共晶層７７は、例えば、ＡｕＳｎ、ＡｕＩｎ等の共晶体で構成されている。共晶層７７は、例えば、第１金属層７５に含まれる元素及び第２金属層７６に含まれる元素で構成されている。

【0048】

第２金属層７６は、例えば、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、銀（Ａｇ）、鉛（Ｐｂ）、インジウム（Ｉｎ）及びニッケル（Ｎｉ）からなる群から選択される１又は複数の金属で構成されている。第２金属層７６は、例えば、スパッタ、蒸着、ペースト化した金属の塗布等の公知の手法によって形成可能である。

【0049】

第１金属層７５、共晶層７７及び第２金属層７６は、例えば、ｙ方向に長手方向を有するように形成されている。第１金属層７５及び共晶層７７の長手方向における端面は、例えば、第２金属層７６の長手方向における端面よりも平面視中心に近い側に位置している。また、第１金属層７５の端面及び共晶層７７の端面は、ＬＤ３０の端面と比べ、平面視中心近い側に位置していることが好ましい。また、共晶層７７の長手方向における端面は、例えば、第１金属層７５よいも平面視中心に近い側に位置している。

【0050】

ＬＤ３０のレーザー光照射方向（ｙ方向）において、第１金属層７５の端部及びＬＤ３０の端部の距離は、例えば、ＬＤ端部が第一金属層よりも突出している。例えば、上記距離は、１μｍ以上であってもよく、１０μｍ以上であってもよい。共晶層７７も同様に、ｙ方向において、端部のＬＤ３０の端部との距離は、第一金属層端部より後退していることが、例えば、５μｍ以上であり、７μｍ以上であることが好まし好ましい。上記構成により、ＬＤ３０のレーザー光照射面からのレーザー光が遮られることを抑制するとともに、レーザー光がウェハ部２０により反射されることを抑制できる。また、第１金属層７５及び共晶層７７が、ＬＤ３０のｙ方向端部と十分に離れていることで、共晶層７７の溶融物が形成される領域を十分に確保し、ＬＤ３０のｙ方向における端面に回り込むことを抑制できる。

【0051】

第１金属層７５及び共晶層７７は、長手方向における端面が凹部２３よりも平面視内側に設けられていることが好ましい。すなわち、共晶層７７の＋ｙ方向における端面は、＋ｙ方向における凹部２３よりも－ｙ方向に位置していることが好ましく、共晶層７７の－ｙ方向における端面は、－ｙ方向における凹部２３よりも＋ｙ方向に位置していることが好ましい。

【0052】

第１金属層７５及び共晶層７７が上記のような構造であることで、共晶層７７で溶融物が生じた場合に、溶融物が第２金属層７６をつたって、ＬＤ３０の出射面３１に固着することを抑制し、溶融物が共晶層７７に対して凹部２３に近い側に形成するように制御できる。溶融物がＬＤ３０の出射面３１に固着することを抑制することで、ＬＤ３０からのレーザー光が溶融物により遮られることを抑制し、レーザーモジュールの信頼性が向上する。

【0053】

また、第１金属層７５及び共晶層７７は、ｘ方向においても端面がＬＤ３０の端面の内側に位置していることが好ましい。すなわち、平面視して、第１金属層７５及び共晶層７７は、ＬＤ３０に覆われていることが好ましい。該構成によれば、ｘ方向においてもＬＤ３０の側面に溶融物が固着することを抑制できる。

【0054】

図４及び図５では、ウェハ部２０及びＬＤ３０の間に、第１金属層７５、共晶層７７、及び第２金属層７６のみが形成されている構成を例示したが、本実施形態は上記構成に限定されない。例えば、金属で構成された層と他の層との密着性を向上する観点から、Ｔｉ，Ｔａ等で構成されたシード層や、Ｔｉ，Ｔａ，Ｎｉ，Ｐｔ等で構成されたバリア層等が層間に形成されていてもよい。

【0055】

以下、図４及び図５に示される構造体の形成方法について図６～図８を参照しながら説明する。図６は、本発明の一実施形態に係るサブキャリアの製造方法を説明する図であって、基台２１上に保護層２２、第１金属層７５及び共晶層７７が形成されている様子を示す図である。図７は、本発明の一実施形態に係るサブキャリアの製造方法を説明する図であって、ウェハ部２０に凹部２３を形成する様子を示す図である。図８は、本発明の一実施形態に係るサブキャリアの製造方法を説明する図であって、ＬＤ３０を基台２１に接合させる様子を示す図である。

【0056】

本実施形態に係るサブキャリアの製造方法は、例えば、積層工程及びエッチング工程を有する。その後、レーザーモジュールを製造する場合、さらにＬＤ積層工程及びレーザー光照射工程を有する方法を行う。

【0057】

先ず、基台２１上に、保護層２２、第１金属層７５及び共晶層７７を蒸着等により順次形成して中間構造体を作製する（図６、積層工程）。

【0058】

次いで、上記中間構造体に対し、エッチング等により、所定の位置を加工し、ウェハ部２０の所定の位置に、ウェハ部２０の主面より窪んだ凹部２３を形成する（図７、エッチング工程）。エッチング工程において、凹部２３とともに予備凹部２４Ａを合わせて形成してもよい。このようにしてサブキャリアが製造される。

【0059】

次いで、レーザーモジュールの製造方法について説明する。先ず、例えば、凹部２３が形成された上記中間構造体に対し、成長層３３が表面に形成されたＬＤ３０を、第２金属層７６を介して積層する。さらに、レーザー装置９０からレーザー光をサブキャリア１０に照射し、サブキャリア１０からの伝熱によって、第１金属層７５、共晶層７７及び第２金属層７６を軟化或いは溶融させ、その後冷却する。従来のレーザーモジュールの製造過程では、溶融物が面内方向に過剰に広がり、ＬＤ３０の側面に固着する虞があるが、本実施形態に係るレーザーモジュールでは、共晶層７７に対してＬＤ３０と反対側に凹部２３、或いは、凹部２３及び予備凹部２４Ａが形成されているため、溶融物が凹部２３、予備凹部２４に選択的に形成されることとなり、ＬＤ３０の側面に固着することを抑制できる。

【0060】

また、上記実施形態では、ウェハ部２０に凹部２３及び予備凹部２４Ａが形成されており、平面視して保護層２２が基台２１に囲まれた島状構造である例を示したが、本発明はこの例に限定されない。図９は、図１のレーザーモジュールの変形例を示す上面図であり、図１０は、図１のレーザーモジュールの変形例を示す斜視図である。図９及び図１０では、説明の便宜上、ウェハ部２０並びにＬＤ３０のみが拡大して示されており、ウェハ部２０及びＬＤ３０の間に形成される金属層７０等の部材の図示が省略されている。図９において、ウェハ部２０のうち凹部２３及び予備凹部２４Ａが形成されている領域は破線で示され、ＬＤ３０が設置される領域は二点鎖線で示され、ＬＤ３０の幅方向における中心に対応する中心線が一点鎖線で示されている。図９及び図１０に示されるように、レーザーモジュール１０１は、出射方向における端部と重なる領域、及び、該端部と重なる領域の±ｘ方向の領域に予備凹部２４Ａが形成されている。

【0061】

ｘ方向において、レーザーダイオード３０の端面と凹部２３との距離ｄ_２３は、例えば、５μｍ以上５０μｍ以下であり、５μｍ以上１５μｍ以下であってもよい。

【0062】

予備凹部２４Ａは、ＬＤ３０の面内方向（ｘｙ方向）のうちレーザー光の照射方向（ｙ方向）と直交する幅方向（ｘ方向）において、ＬＤ３０のｘ方向における端面から、例えば、１０μｍ以上５０μｍ以下までの領域に形成されており、１５μｍ以上２５μｍ以下までの領域に形成されていることが好ましい。また、予備凹部２４Ａは、ＬＤ３０のｘ方向端部から少なくとも５μｍ以上の領域に亘って形成されていることが好ましい。予備凹部２４Ａが幅方向において十分大きいことで、共晶層７６を構成する金属の溶融金属のはみだしによる弊害の防止の観点で望ましい。

【0063】

また、レーザーモジュール１０１は、レーザーモジュール１００と同様、ＬＤ３０に対して－ｙ方向の位置に凹部２３が形成されている。レーザーモジュール１０１において、ＬＤ３０の±ｙ方向端部と接して凹部２３，予備凹部２４Ａが形成されていることで、保護層２２及び共晶層７７の溶融物がＬＤ３０のｙ方向端面に形成されることを抑制し、レーザー光が遮断されることを抑制できる。

【0064】

また、図９，図１０に示されるレーザーモジュール１０１によれば、予備凹部２４Ａが形成されていることで、共晶層７７を構成する金属の溶融金属のはみだしによりレーザー光Ｌをふさぐこと、溶融金属がはみだし盛り上がることでの他部品との干渉、他部品との接合部への流れ込み、などが抑制される。

【0065】

上記実施形態に係るレーザーモジュールは、パッケージに収容されていてもよい。図１１～図１５には、パッケージされたレーザーモジュール５００が示されている。図１１は、パッケージされたレーザーモジュールの平面図である。図１２は、図１１のレーザーモジュールの断面図である。図１３は、図１１のレーザーモジュールのカバーを外した状態の平面図である。図１４は、図１１のレーザーモジュールの出射部側から見た側面図である。図１５は、図１１のレーザーモジュールの使用時の一形態を示す斜視図である。レーザーモジュール５００は、例えば、パッケージ１１０を備え、上記実施形態に係るレーザーモジュール１００が集積して収容されている。パッケージ１１０は、キャビティ構造を有する本体１０２、及び本体１０２を覆うカバー１０５を備える。

【0066】

本体１０２は、例えば、レーザーモジュール１００が収容される箱状の収容部１０７、及び、収容部１０７に隣接して形成される電極部１０８を備える。本体１０２は、例えば、セラミック等で構成されている。収容部１０７の上面には開口が形成されている。上面視で開口の周縁の収容部１０７の上面には、コバール等の金属膜１１２が形成されている。カバー１０５は、金属膜１１２を介して、収容部１０７の上面に形成された開口を隙間なく覆っている。カバー１０５で収容部１０７を気密封止する際に、収容部１０７の内部空間に窒素（Ｎ_２）等の不活性ガスが封入されている。つまり、収容部１０７は、カバー１０５によって気密封止されている。収容部１０７の内部空間は、不活性ガスで満たされている。これにより、ＬＤ３０及びＰＬＣ５０の間の隙間には不活性ガスが満たされる。

【0067】

電極部１０８は、収容部１０７に対し、－ｙ方向に配置されている。すなわち、電極部１０８は、ＬＤ３０の出射面３１からのレーザー出射方向と反対方向に設けられている。電極部１０８の底面は、収容部１０７の底面と略同じ高さに位置している。電極部１０８の上面には、ｘ方向に間隔をあけて複数の外部電極パッド２１０が設けられている。

【0068】

収容部１０７の低壁部１３１の所定の位置には、例えば、レーザーモジュール１００を設置するための土台１８０が設けられている。レーザーモジュール１００は、例えば、熱伝導性の高い接着層１８２を介して土台上に設けられている。接着層１８２は、例えば、銅粉末、アルミニウム粉末、アルミナ粉末等のフィラーが分散された樹脂が用いられる。レーザーモジュール１００が上記のように設置されていると、ＬＤ３０の動作生じた熱を土台１８０に向けて効率よく放熱できる。図１３では、レーザーモジュール１００が一体の土台１８０上に設けられる例を示したが、ウェハ部２０に接する部材と基板４０と接する部材とで別々な土台上に形成されていてもよい。また、レーザーモジュール１００は、土台１８０上に設けられず、収容部１０７に直接形成されていてもよい。

【0069】

尚、サブキャリア１０の底面及び基板４０の底面が同一面上にある構成の例を図示したが、本実施形態は上記構成に限定されず、サブキャリア１０の底面及び基板４０の底面は、面一である必要はなく、サブキャリア１０の底面と基板４０の底面で段差が設けられていてもよい。

【0070】

［ＸＲグラス］［光学エンジンモジュール］
本実施形態に係るＸＲグラスは、上記実施形態に係るレーザーモジュールのいずれかがグラスに搭載されている。ＸＲグラス（眼鏡）は、眼鏡型の端末であり、ＸＲは、仮想現実（ＶＲ：Ｖｉｒｔｕａｌ Ｒｅａｌｉｔｙ）、拡張現実（ＡＲ：Ａｕｇｍｅｎｔｅｄ Ｒｅａｌｉｔｙ）、複合現実（Ｍｉｘｅｄ Ｒｅａｌｉｔｙ）の総称である。

【0071】

図１６は、本発明の一実施形態に係るＸＲグラスを説明するための概念図である。図１６に示すＸＲグラス１００００は、フレーム１００１０にレーザーモジュール１００１が搭載されている。図１６中の符号Ｌｉは、画像表示光である。また、図１７は、本発明の一実施形態に係るレーザーモジュールから出射されたレーザー光によって網膜に直接画像が投影される様子を示す概念図である。

【0072】

本実施形態では、図１６に示す、レーザーモジュール１００１、光走査ミラー３００１、並びに、レーザーモジュール１００１及び光走査ミラー３００１を結ぶ光学系２００１を合わせて光学エンジンモジュール５００１と称する。レーザーモジュール１００１としては、上記実施形態に係るレーザーモジュールを使用可能である。

【0073】

レーザーモジュール１００１の光源としては、例えば、赤色レーザー光源６０－１、緑色レーザー光源６０－２及び青色レーザー光源６０－３のＲＧＢレーザー光源、並びに、近赤外光レーザー光源を有するものを用いることができる。

【0074】

図１７に示すように、メガネフレームに取り付けられたレーザーモジュール１００１から照射されたレーザーＬは、光走査ミラー３００１で反射され、その反射光はヒトの眼球Ｅ方向へ反射するミラー４００１で反射され、人の眼球Ｅ内に入り、網膜Ｍに直接画像（映像）を投影できる。
光学エンジンモジュールは、アイトラッキング機構を備えることにより、アイトラッキングを行いながら、網膜に直接画像が投影される。アイトラッキング機構としては、公知のものを用いることが出来る。

【0075】

光走査ミラー３００１は、例えば、ＭＥＭＳミラーである。２Ｄ画像を投影するためには、光走査ミラー３００１は、水平方向（Ｘ方向）及び垂直方向（Ｙ方向）に角度を変えてレーザー光を反射するように振動する２軸ＭＥＭＳミラーであることが好ましい。

【0076】

光学エンジンモジュールは、例えば、レーザーモジュール１００１から出射したレーザー光を光学的に処理する光学系２００１として、コリメータレンズ２００１ａ、スリット２００１ｂ、及びＮＤフィルタ２００１ｃを備える。上記光学系は、一例であり、光学系２００１は、他の構成であってもよい。

【0077】

光学エンジンモジュール５００１は、レーザードライバ１１００、光走査ミラードライバ１２００、及び、これらのドライバを制御するビデオコントローラ１３００を備える。

【0078】

上記実施形態に係る光学エンジンモジュールによれば、光半導体素子の照射面が溶融して形成された構造物により遮断されることが抑制され、また、レーザー発光点から出た光が該発光点に戻ることが抑制され、レーザーＬの照射の信頼性が向上する。

【符号の説明】

【0079】

１０，１０－１，１０－２、１０－３ サブキャリア
１１，１１－１，１１－２、１１－３ 上面
２０ ウェハ部
２１ 基台
２２ 保護層
２３ 凹部
２４ 予備凹部
３０ 半導体発光素子（ＬＤ）
３１，３１－１，３１－２、３１－３ 出射面
３３ 成長層
４０ 基板
４１ 上面
５１，５１－１，５１－２，５１－３，５１－４，５１－７ コア
５２ クラッド
５７－１，５７－２ 合流位置
６０－１ 赤色レーザー光源
６０－２ 緑色レーザー光源
６０－３ 青色レーザー光源
６１，６１－１，６１－２，６１－３ 入射面
６４ 出射面
７０ 金属層
７５ 第１金属層
７６ 第２金属層
７７ 共晶層
８１ 反射防止膜
９０ レーザー装置
１００ レーザーモジュール
１０２ 本体
１０５ カバー
１０７ 収容部
１０８ 電極部
１１０ パッケージ
１１２ 金属膜
１３１ 低壁部
１８０ 土台
１８２ 接着層
２１０ 外部電極パッド
２１１ 第１領域
２１２ 第２領域

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】