特許 7384091 集積光学装置、集積光モジュール及び集積光学装置の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-11-13

(45)【発行日】2023-11-21

(54)【発明の名称】集積光学装置、集積光モジュール及び集積光学装置の製造方法

(51)【国際特許分類】

   G02B 6/12 20060101AFI20231114BHJP

   G02B 6/13 20060101ALI20231114BHJP

   G02B 6/42 20060101ALI20231114BHJP

   H01S 5/0237 20210101ALI20231114BHJP

【ＦＩ】

G02B6/12 301

G02B6/13

G02B6/42

H01S5/0237

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2020056035

(22)【出願日】2020-03-26

(65)【公開番号】P2021157015

(43)【公開日】2021-10-07

【審査請求日】2022-08-25

(73)【特許権者】

【識別番号】000003067

【氏名又は名称】ＴＤＫ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100106909

【弁理士】

【氏名又は名称】棚井 澄雄

(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】100188558

【弁理士】

【氏名又は名称】飯田 雅人

(74)【代理人】

【識別番号】100169694

【弁理士】

【氏名又は名称】荻野 彰広

(72)【発明者】

【氏名】小巻 壮

(72)【発明者】

【氏名】福▲崎▼ 亮平

【審査官】山本 元彦

(56)【参考文献】

【文献】特開２００４－０７０３３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－１５４０４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－２１８６２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－１６５１２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－１９７６１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００４／０１７０３５９（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０２Ｂ ６／１２－６／１４

Ｇ０２Ｂ ６／２６－６／２７

Ｇ０２Ｂ ６／３０－６／３４

Ｇ０２Ｂ ６／４２－６／４３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

側面視矩形の３つの基台と、
前記３つの基台に搭載され、赤色光、緑色光及び青色光を発する３つの光半導体素子と、
基板と、
前記基板に設けられ、前記３つの光半導体素子から出射される光を入射可能に配置された光導波路と、
を備え、
前記３つの光半導体素子が並列して配置され且つ前記光導波路と光接合しており、
前記３つの基台のうちの一の基台が、金属層を介して前記基板の側面に接続されており、
前記３つの基台のうちの他の基台が、前記金属層とは異なる融点を有する他の金属層を介して前記基板の前記側面に接続されており、
前記３つの基台のうちの中央に位置する基台を前記基板に固定する金属層の融点が、前記３つの基台のうちの両側に位置する２つの基台を前記基板に固定する２つの金属層の融点よりも高い、集積光学装置。

【請求項2】

前記基台と前記光半導体素子とは、第１金属層を介して接続されている、
請求項１に記載の集積光学装置。

【請求項3】

前記基台と前記光半導体素子とは、第１樹脂層を介して接続されている、
請求項１に記載の集積光学装置。

【請求項4】

前記光半導体素子から前記光が出射される出射面と前記光導波路において前記光が入射する入射面との間に隙間空間が形成され、
前記光は前記出射面から出射され、前記隙間空間を伝搬し、前記入射面から前記光導波路のコアに入射するように構成されている、
請求項１から３の何れか一項に記載の集積光学装置。

【請求項5】

前記光半導体素子から前記光が出射される出射面と前記光導波路において前記光が入射する入射面との間に樹脂が設けられ、
前記光は前記出射面から出射され、前記樹脂を伝搬し、前記入射面から前記光導波路のコアに入射するように構成されている、
請求項１から３の何れか一項に記載の集積光学装置。

【請求項6】

請求項１から５の何れか一項に記載の集積光学装置がパッケージに収容され、
前記集積光学装置は、第２金属層及び第２樹脂層の何れかを介して前記パッケージ内で固定されている、
集積光モジュール。

【請求項7】

側面視矩形の３つの基台と、前記３つの基台上に設けられた３つの光半導体素子と、基板と、前記基板上に設けられ、前記３つの光半導体素子から出射される光を入射可能に配置された光導波路とを備える集積光学装置の製造方法であって、
前記３つの基台のうちの中央に位置する一の基台を、金属層を介して前記基板の側面に接続し、
前記３つの基台のうちの両側に位置する他の基台を、前記金属層よりも低い融点を有する他の金属層を介して前記基板の前記側面に接続する、集積光学装置の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、集積光学装置、集積光モジュール及び集積光学装置の製造方法に関する。

【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１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】

従来、複数の光学素子を集積化するために、例えば、ミラー及びレンズが用いられている。特許文献１には、筐体内にレーザーダイオード（Laser Diode：ＬＤ）、光学レンズ、全反射用波長フィルタ、波長分離用フィルタ、ファイバコリメータ、フォトダイオードが共通の筐体に集積された光モジュールが開示されている。特許文献１に開示されている光モジュールでは、ＬＤから発せられた波長１．３μｍの光が集光レンズ、キャピラリ、コリメータレンズを通り、全反射用波長フィルタ及び波長分離用フィルタで全反射し、ファイバコリメータで受光される。ファイバコリメータから入力された波長１．４９μｍ，１．５５μｍの光は、波長分離用フィルタを通過してから、前述とは別の波長分離用フィルタによって互いに分離される。分離された後の１．５５μｍの光は、全反射用波長フィルタで全反射し、結合レンズによりフォトダイオードに入射する。分離された後の１．４９μｍの光は、結合レンズにより前述とは別のフォトダイオードに入射する。

【0006】

特許文献２には、パッケージ内に光素子搭載基板と、レンズアレイと、波長合分波器が所望の相対位置で配置されている光送受信モジュールが開示されている。波長合分波器は、透明基板の表面及び裏面に波長選択フィルタ及びミラーが搭載された機器である。特許文献２に開示されている光送受信モジュールでは、波長選択フィルタ及びミラーの配置に合わせて互いに異なる所定の波長を有する複数の光が入射し、波長合分波器で合波される。

【0007】

特許文献１，２のようにミラーやレンズを用いた自由空間型の集積化とは別の集積化構造として、例えば特許文献３、４には導波路構造を備えた光デバイスが開示されている。特許文献３に開示されている合波器では、任意のＮ本の薄いクラッドを持つファイバ素線がチップ型の基板に固定され、複数のファイバ素線の出射端が互いに束ねられている。特許文献４には、半導体チップと、ＰＬＣチップとを一体化・集積化した光モジュールが開示されている。半導体チップは、半導体導波路を有し、且つ第１の基板上に搭載されている。

【0008】

特許文献４に開示されている光モジュールでは、半導体チップにおいてＰＬＣチップに対向する端面とＰＬＣチップにおいて半導体チップに対向する端面とは、ギャップをあけて互いに離れている。半導体チップとＰＬＣチップとは、紫外線硬化接着剤によって接着されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【文献】特開２００５－３０９３７０号公報

【文献】特開２００９－１０５１０６号公報

【文献】特開２０１６－１１８７５０号公報

【文献】特開２０１１－１０２８１９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

しかしながら、上述の特許文献１、２に開示されている光デバイスの部品数は多く、個々の部品の大きさがあり、ミラーやレンズを用いて自由空間光学系で構成されている。個々の部品の大きさや自由空間光学系での構成を考慮すると、特許文献１、２に開示されている光デバイスの小型化には限界がある。特許文献３、４に開示されているように導波路を用いた集積光学装置では、部品同士が紫外線硬化樹脂によって接着され、自由空間光学系に比べると小型化を図りやすい。しかしながら、導波路を用いた集積光学装置では、光源のワイヤーボンディングの工程等による温度変化による紫外線硬化接着剤の膨張・収縮が生じる。紫外線硬化接着剤の膨張・収縮が生じると、互いに接着されていた部品同士の調芯精度が低下し、集積光学装置の信頼性が低下する虞があった。導波路を用いた集積光学装置では、集積光学素子、ＬＤ等の光半導体素子を作動させるために基板に導通する必要がある。基板に導通させる際に、ワイヤーボンディング等の方法を用いて光半導体素子と電源とを基板上で接続する。光半導体素子に対して光導波路が固定される強度が十分でないと、ワイヤーボンディングする際に、光半導体素子が滑落し、集積光学装置の信頼性が低下する虞があった。
このように、上記特許文献１～４のいずれの技術においても、高い信頼性を実現しながら更なる小型化のニーズに対応するのは困難であり、改善の余地がある。

【0011】

本発明は、上述の事情に鑑みてなされたものであり、高い信頼性と共に更なる小型化を実現することができる集積光学装置、集積光モジュール及び集積光学装置の製造方法を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0012】

本発明に係る集積光学装置は、複数の基台と、前記複数の基台に設けられた複数の光半導体素子と、基板と、前記基板に設けられ、前記複数の光半導体素子から出射される光を入射可能に配置された光導波路と、を備え、前記複数の基台のうちの一の基台と前記基板とが金属層を介して接続されており、前記複数の基台のうちの他の基台と前記基板とが、前記金属層とは異なる融点を有する他の金属層を介して接続されている。

【0013】

本発明に係る集積光学装置では、前記複数の光半導体素子は、３つ以上の光半導体素子であり、前記複数の基台は、前記３つ以上の光半導体素子が搭載された３つ以上の基台であり、前記３つ以上の光半導体素子が並列して配置され且つ前記光導波路と光接合しており、前記３つ以上の基台を前記基板に固定する３つ以上の金属層のうちの隣り合う２つの金属層の融点が異なってもよい。

【0014】

本発明に係る集積光学装置では、前記３つ以上の光半導体素子は、赤色光、緑色光及び青色光を発する３つの光半導体素子であり、前記３つ以上の基台は、前記３つの光半導体素子が搭載された３つの基台であり、前記３つの基台のうちの中央に位置する基台を前記基板に固定する金属層の融点が、前記３つの基台のうちの両側に位置する２つの基台を前記基板に固定する２つの金属層の融点と異なってもよい。

【0015】

本発明に係る集積光学装置では、前記３つの基台のうちの中央に位置する基台を前記基板に固定する金属層の融点が、前記３つの基台のうちの両側に位置する２つの基台を前記基板に固定する２つの金属層の融点よりも高くてもよい。

【0016】

本発明に係る集積光学装置では、前記基台と前記光半導体素子とは、第１金属層を介して接続されてもよい。

【0017】

本発明に係る集積光学装置では、基台と前記光半導体素子とは、第１樹脂層を介して接続されてもよい。

【0018】

本発明に係る集積光学装置では、前記光半導体素子から前記光が出射される出射面と前記光導波路において前記光が入射する入射面との間に隙間空間が形成され、前記光は前記出射面から出射され、前記隙間空間を伝搬し、前記入射面から前記光導波路のコアに入射するように構成されてもよい。

【0019】

本発明に係る集積光学装置では、前記光半導体素子から前記光が出射される出射面と前記光導波路において前記光が入射する入射面との間に樹脂が設けられ、前記光は前記出射面から出射され、前記樹脂を伝搬し、前記入射面から前記光導波路のコアに入射するように構成されてもよい。

【0020】

本発明に係る集積光モジュールでは、上述の集積光学装置がパッケージに収容されている。前記集積光学装置は、第２金属層及び第２樹脂層の何れかを介して前記パッケージ内で固定されている。

【0021】

本発明に係る集積光学装置の製造方法は、複数の基台と、前記複数の基台上に設けられた複数の光半導体素子と、基板と、前記基板上に設けられ、前記複数の光半導体素子から出射される光を入射可能に配置された光導波路とを備える集積光学装置の製造方法であって、前記複数の基台のうちの一の基台と前記基板とを金属層を介して接続し、前記複数の基台のうちの他の基台と前記基板とを、前記金属層とは異なる融点を有する他の金属層を介して接続する。

【発明の効果】

【0022】

本発明によれば、高い信頼性と共に更なる小型化を実現することができる集積光学装置、集積光モジュール及び集積光学装置の製造方法を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】図１は、本発明に係る一実施形態の集積光学装置の斜視図である。

【図2】図２は、図１に示す集積光学装置をＡ－Ａ´線で矢視した断面図である。

【図3】図３は、図１に示す集積光学装置のＰＬＣの入射面の断面図である。

【図4】図４は、図２の断面図の位置を拡大した図である。

【図5】図５は、図１に示す集積光学装置の一部の平面図である。

【図6】図６は、図５に示す集積光学装置の変形例を示す平面図である。

【図7】図７は、図１に示す集積光学装置を備える集積光モジュールの平面図である。

【図8】図８は、図７に示す集積光モジュールの側面図である。

【図9】図９は、図７に示す集積光モジュールのカバーを外した状態の平面図である。

【図10】図１０は、図９に示す集積光モジュールの一部をＣ－Ｃ´線で矢視した断面図である。

【図11】図１１は、図７に示す集積光モジュールを光が出射される方向に沿って見た側面図である。

【図12】図１２は、図７に示す集積光モジュールの使用例を示す斜視図である。

【図13】図１３は、図１に示す集積光学装置の製造方法を説明するための側面図である。

【図14】図１４は、図１に示す集積光学装置の製造方法を説明するための側面図である。

【図15】図１５は、図１に示す集積光学装置の製造方法を説明するための平面図である。

【図16】図１６は、図１に示す集積光学装置の製造方法を説明するためのグラフであって、光半導体素子と光導波路との離間距離と光利用効率との関係を示すグラフである。

【図17】図１７は、図１に示す集積光学装置の製造方法を説明するための平面図である。

【図18】図１８は、図１に示す集積光学装置の変形例の部分断面図である。

【図19】図１９は、図１に示す集積光学装置の変形例の部分断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0024】

以下、本発明の集積光学装置及び集積光モジュールの好ましい実施形態について、図面を参照して説明する。

【0025】

図１に示すように、本実施形態の集積光学装置１０は、複数のサブキャリア（基台）２０と、複数のＬＤ（光半導体素子）３０と、ＰＬＣ（光導波路）５０と、を備える。

【0026】

集積光学装置１０は、例えば光の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。集積光学装置１０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、例示として示した３原色の光のうち、赤色光とは、ピーク波長が例えば６１０ｎｍ以上７５０ｎｍ以下である光が使用可能であり、緑色光とは、ピーク波長が例えば５００ｎｍ以上５６０ｎｍ以下である光が使用可能であり、青色光とは、ピーク波長が例えば４３５ｎｍ以上４８０ｎｍ以下である光が使用可能である。

【0027】

集積光学装置１０は、複数のサブキャリア２０に設けられた複数のＬＤ３０を備える。この集積光学装置１０は、例えば赤色光を発する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、ｘ方向で互いに間隔をあけて配置されている。但し、これに限らず、集積光学装置１０は、複数のＬＤ３０を有していてもよく、３つ以上のＬＤ３０を有していてもよい。ｙ方向は、ＬＤ３０から発せられる光の出射方向、即ち光軸に沿う方向である。ｘ方向は、ｙ方向に略直交する方向である。ｚ方向は、ｘ方向及びｙ方向に直交し、サブキャリア２０からＬＤ３０に向かう方向である。
なお、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】

集積光学装置１０は、複数のＬＤ３０と同じ数の複数のサブキャリア２０を備え、３つのサブキャリア２０－１、２０－２、２０－３を備える。ＬＤ３０は、ベアチップでサブキャリア２０に実装されている。ＬＤ３０－１は、サブキャリア２０－１の上面（表面）２１－１に設けられている。ＬＤ３０－２は、サブキャリア２０－２の上面（表面）２１－２に設けられている。ＬＤ３０－３は、サブキャリア２０－３の上面（表面）２１－３に設けられている。但し、これに限らず、集積光学装置１０は、複数のサブキャリア２０を有していてもよく、３つ以上のサブキャリア２０を有していてもよい。

【0029】

サブキャリア２０は、例えば窒化アルミニウム（ＡｌＮ）や、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）、シリコン（Ｓｉ）等で構成されている。図２に示すように、サブキャリア２０とＬＤ３０との間には、第１金属層９１が設けられている。つまり、ＬＤ３０は、第１金属層９１を介してサブキャリア２０と接続されている。第１金属層９１は、サブキャリア２０の上面２１に接する金属層７５と、金属層７５の上面及びＬＤ３０の下面３３に接する金属層７６と、を有する。集積光学装置１０では、ｚ方向において、サブキャリア２０－１とＬＤ３０－１とが金属層７５－１及び金属層７６－１を有する第１金属層９１－１を介して接続されている。ｚ方向において、サブキャリア２０－２とＬＤ３０－２とが金属層７５－２及び金属層７６－２を有する第１金属層９１－２を介して接続されている。ｚ方向において、サブキャリア２０－３とＬＤ３０－３とが金属層７５－３及び金属層７６－３を有する第１金属層９１－３を介して接続されている。

【0030】

第１金属層９１を構成する各金属層７５，７６を形成する方法は、特定されない。金属層７５，７６は、公知の方法によってｚ方向でサブキャリア２０とＬＤ３０との間に形成され、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。金属層７５は、例えば金（Ａｕ）とスズ（Ｓｎ）との合金、スズ（Ｓｎ）と銅（Ｃｕ）との合金、インジウム（Ｉｎ）とビスマス（Ｂｉ）との合金及びスズ（Ｓｎ）－銀（Ａｇ）－銅（Ｃｕ）系はんだ合金（ＳＡＣ）からなる群から選択されるいずれかの合金で構成されている。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。

【0031】

ＰＬＣ５０は、基板４０に設けられている。このＰＬＣ５０は、公知の半導体プロセスによって、基板４０の上面４１に、基板４０と一体になるように作製されている。基板４０は、シリコン（Ｓｉ）で構成されている。前述の半導体プロセスは、集積回路等の微細な構造を形成する際に用いられるフォトリソグラフィやドライエッチングを含む。

【0032】

基板４０のｙ方向の後方即ち手前側の側面４２、及びコア５１の入射面６１を含むＰＬＣ５０のｙ方向の後方即ち手前側の側面には、反射防止膜８１が設けられている。基板４０のｙ方向の前方即ち奥側の側面、及びコア５１の出射面６４を含むＰＬＣ５０のｙ方向の前方即ち奥側の側面には、反射防止膜８２が設けられている。反射防止膜８１は、ＰＬＣ５０のｙ方向の後方の側面のみに設けられてもよい。同様に、反射防止膜８２は、ＰＬＣ５０のｙ方向の前方の側面のみに設けられてもよい。なお、図１では、第３金属層９３及び反射防止膜８１，８２は、省略されている。

【0033】

反射防止膜８１，８２は、ＰＬＣ５０への入射光又は出射光が入射面６１又は出射面６４から各面に進入する方向とは逆向きに反射することを防止し、入射光又は出射光の透過率を高めるための膜である。反射防止膜８１，８２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た多層膜である。前述の誘電体は、例えば酸化チタン（ＴｉＯ_２）、酸化シリコン（ＳｉＯ_２）、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）等である。

【0034】

図３に示すように、ＰＬＣ５０は、複数ＬＤ３０に対応する複数のコア５１を有する。例えば、ＰＬＣ５０は、ＬＤ３０－１，３０－２，３０－３と同数のコア５１－１，５１－２，５１－３と、ｙ方向に交差する方向でコア５１－１，５１－２，５１－３を囲むクラッド５２と、を備える。コア５１－１，５１－２，５１－３の各々のｘ方向の大きさ及びｚ方向の大きさは、赤色光、緑色光、青色光の各波長を考慮して適宜設定されている。クラッド５２のｚ方向の大きさは、特に限定されず、コア５１－１，５１－２，５１－３の各々の大きさを考慮して適宜設定され、例えば５０μｍ程度である。

【0035】

コア５１－１，５１－２，５１－３及びクラッド５２は、主に石英で構成されている。コア５１－１，５１－２，５１－３の各々の屈折率は、クラッド５２の屈折率よりも所定値高い。コア５１－１，５１－２，５１－３には、前述の所定値に応じた量の不純物が添加されている。不純物は、例えばゲルマニウム（Ｇｅ）等である。

【0036】

図４に示すように、サブキャリア２０は、第３金属層９３及び反射防止膜８１を介して基板４０と接続されている。第３金属層９３は、金属層７１，７２，７３を有する。金属層７１は、サブキャリア２０において基板４０に対向する側面２２に接している。金属層７２は、基板４０においてサブキャリア２０に対向する側面４２と反射防止膜８１を介して接している。金属層７３は、ｙ方向で金属層７１，７２の間に設けられている。金属層７３の融点は、金属層７５の融点よりも低いことが好ましい。

【0037】

金属層７１は、金属層７５と接触しない範囲で、側面２２の略全域に設けられている。ｙ方向に沿って見たとき、金属層７２，７３は、サブキャリア２０よりも大きく形成されている。金属層７２，７３の各々のｚ方向の前端、即ち金属層７２，７３の各々の上端は、金属層７１のｚ方向の前端、即ち金属層７１の上端と略同じ位置にある。金属層７２のｚ方向の後端、即ち下端は、金属層７１のｚ方向の後端、即ち金属層７１の下端よりもｚ方向の後方に位置している。金属層７３のｚ方向の後端、即ち下端は、金属層７２のｚ方向の後端よりもｚ方向の後方に位置している。金属層７３のｚ方向の後端は、反射防止膜８１のｚ方向の後端、即ち反射防止膜８１の下端よりもｚ方向の前方に位置している。

【0038】

金属層７１の面積、即ち金属層７１のｘ方向及びｚ方向を含む面内の大きさは、金属層７２，７３の面積、金属層７２，７３のｘ方向及びｚ方向を含む面内の大きさと略同じであるか、あるいは金属層７２，７３の面積よりも小さいことが好ましい。前述の構成では、基板４０に対するサブキャリア２０の接続強度が最大限に確保される。

【0039】

金属層７１は、スパッタ又は蒸着等によって側面２２に当接した状態で設けられ、例えば金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、銀（Ａｇ）、鉛（Ｐｂ）、インジウム（Ｉｎ）、ニッケル（Ｎｉ）、チタン（Ｔｉ）及びタンタル（Ｔａ）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。金属層７１は、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何れかの金属で構成されることが好ましい。

【0040】

金属層７２は、スパッタ又は蒸着等によって側面４２に当接した状態で設けられ、例えばチタン（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。金属層７２は、タンタル（Ｔａ）で構成されることが好ましい。

【0041】

金属層７３は、例えばＡｕＳｎ、ＳｎＣｕ、ＩｎＢｉ、ＳｎＡｇＣｕ、ＳｎＰｄＡｇ、ＳｎＢｉＩｎ及びＰｂＢｉＩｎからなる群から選択される１又は複数の合金で構成されている。金属層７３は、ＡｕＳｎ、ＳｎＡｇＣｕ及びＳｎＢｉＩｎからなる群から選択されるいずれかの合金で構成されることが好ましい。

【0042】

サブキャリア２０と基板４０が上述のように第３金属層９３及び反射防止膜８１を介して接続されることによって、ＬＤ３０の出射面３１とＰＬＣ５０において赤色光（光）、緑色光（光）、青色光（光）が入射するコア５１の入射面６１との間に隙間空間１０１が形成されている。ＬＤ３０－１の出射面３１－１は、コア５１－１の入射面６１－１と対向している。図示していないが、ＬＤ３０－２の出射面３１－２は、コア５１－２の入射面６１－２と対向している。ＬＤ３０－３の出射面３１－３は、コア５１－３の入射面６１－３と対向している。

【0043】

ＰＬＣ５０は、ＬＤ３０の出射面３１から出射される光をコア５１に入射可能に配置されている。コア５１－１の軸線ＪＸ－１は、ＬＤ３０－１の出射面３１－１から出射される赤色光ＬＲの光軸ＡＸＲと略重なっている。図示していないが、コア５１－２の軸線ＪＸ－２は、ＬＤ３０－２の出射面３１－２から出射される緑色光ＬＧの光軸ＡＸＧと重なっている。コア５１－３の軸線ＪＸ－３は、ＬＤ３０－３の出射面３１－３から出射される青色光ＬＢの光軸ＡＸＢと重なっている。

【0044】

ＬＤ３０の出射面３１とＰＬＣ５０のコア５１の入射面６１とのｙ方向での間隔は、前述のようにＬＤ３０の出射面３１から出射される光が所定の光量でコア５１に入射するように適宜設定され、例えば２ｕｍ程度である。例えば、ヘッドマウントディスプレイに用いられる集積光学装置１０では、ＬＤ３０の出射面３１とＰＬＣ５０のコア５１の入射面６１とのｙ方向での間隔は、０μｍよりも大きく、５μｍ以下である。

【0045】

ｙ方向において、ＬＤ３０の出射面３１とサブキャリア２０においてｙ方向でＰＬＣ５０の方を向く側面２２とは、略同一面上に配されていてもよい。例えば、ｙ方向において、ＬＤ３０の出射面３１とサブキャリア２０の側面２２とは、略同一の位置にあり、互いに略同一面を形成している。「略同一」とは、ＬＤ３０の出射面３１とサブキャリア２０の側面２２とのｙ方向でのずれが光学的に無視できる程度の大きさであることを意味する。

【0046】

図５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ｙ方向での位置よりもｙ方向の後方で互いに１つに集められている。コア５１－１，５１－２，５１－３は、ｙ方向の前方に向かうにしたがって順次互いに近づき、１つのコア５１－４に合流する。コア５１－１，５１－２，５１－３からの漏れ光が生じないように、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に接続されるのが好ましい。

【0047】

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、各コア内を伝搬する。コア５１－１，５１－２を伝搬する赤色光及び緑色光は、合流位置５７－１で合わさり、コア５１－１，５１－２同士が合流したコア５１－７内を伝搬する。コア５１－３、５１－７を伝搬する赤色光、緑色光及び青色光は、合流位置５７－２で合わさり、コア５１－３、５１－７同士が合流し、コア５１－４に入射する。合流位置５７－２は、合流位置５７－１よりもｙ方向の前方にある。合流位置５７－２で赤色光、緑色光及び青色光が合わさった３色光は、コア５１－４内を伝搬し、出射面６４に到達する。出射面６４から出射される３色光は、例えば集積光学装置１０の使用目的に応じて信号光等として用いられる。

【0048】

本実施形態では、３つのサブキャリア２０－１，２０－２，２０－３のうちの一のサブキャリアと基板４０とが金属層を介して接続されており、３つのサブキャリア２０－１，２０－２，２０－３のうちの他のサブキャリアと基板４０とが、上記金属層とは異なる融点を有する他の金属層を介して接続されている。例えば、３つのサブキャリア２０－１，２０－２，２０－３が並列して配置され且つＰＬＣ５０と光接合している場合において、３つのサブキャリア２０－１，２０－２，２０－３を基板４０に固定する３つの金属層７１－１，７１－２，７１－３のうちの隣り合う２つの金属層、すなわち金属層７１－１と金属層７１－２の融点が異なるか、或いは金属層７１－２と金属層７１－３の融点が異なる。

【0049】

また、３つのＬＤ３０－１，３０－２，３０－３が、赤色光、緑色光及び青色光を発する場合において、３つのサブキャリア２０－１，２０－２，２０－３のうちの中央に位置するサブキャリア２０－２を基板４０に固定する金属層７１－２の融点が、上記３つのサブキャリアのうちの両側に位置する２つのサブキャリア２０－１，２０－３を基板４０に固定する２つの金属層７１－１，７１－３の融点と異なるのが好ましい。特に、３つのサブキャリア２０－１，２０－２，２０－３うちの中央に位置するサブキャリア２０－２を基板４０に固定する金属層７１－２の融点が、上記３つのサブキャリアのうちの両側に位置する２つのサブキャリア２０－１，２０－３を基板４０に固定する２つの金属層７１－１，７１－３の融点よりも高いことがより好ましい。

【0050】

金属層７１－１は、例えば金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、鉛（Ｐｂ）、アンチモン（Ｓｂ）、ビスマス（Ｂｉ）、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。金属層７１－２は、例えば金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、鉛（Ｐｂ）、アンチモン（Ｓｂ）、ビスマス（Ｂｉ）、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。金属層７１－３は、例えば金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、鉛（Ｐｂ）、アンチモン（Ｓｂ）、ビスマス（Ｂｉ）、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。特に、金属層７１－２の融点が２つの金属層７１－１，７１－３の融点よりも高い場合、金属層７１－２は、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、アンチモン（Ｓｂ）、銅（Ｃｕ）からなる群から選択されるいずれかの金属で構成され、金属層７１－１，７１－３は、鉛（Ｐｂ）、ビスマス（Ｂｉ）、インジウム（Ｉｎ）からなる群から選択されるいずれかの金属で構成されているのが好ましい。

【0051】

また本実施形態では、サブキャリア２０と基板４０との接続部において１つの金属層７２及び１つの金属層７３が設けられているが、これに限らず、図６に示すように、３つのサブキャリア２０－１，２０－２，２０－３に対応する３つの金属層７２－１，７２－２，７２－３、及び３つの金属層７３－１，７３－２，７３－３が設けられてもよい。
この場合、第３金属層９３は、３つの第３金属層９３－１，９３－２，９３－３を有し、３つのサブキャリア２０－１，２０－２，２０－３が、３つの第３金属層９３－１，９３－２，９３－３を介して基板４０に接続される（図４参照）。第３金属層９３－１は金属層７１－１，７２－１,７３－１で構成され、第３金属層９３－２は金属層７１－２，７２－２,７３－２で構成され、第３金属層９３－３は金属層７１－３，７２－３,７３－３で構成される。そして、３つのサブキャリア２０－１，２０－２，２０－３のうちの一のサブキャリアと基板４０とが第３金属層９３（金属層）を介して接続され、上記３つのサブキャリアのうちの他のサブキャリアと基板４０とが、上記第３金属層９３とは異なる融点を有する他の第３金属層９３（他の金属層）を介して接続される。例えば、３つのサブキャリア２０－１，２０－２，２０－３を基板４０に固定する３つの第３金属層９３－１，９３－２，９３－３のうちの隣り合う２つの第３金属層、すなわち第３金属層９３－１と第３金属層９３－２の融点が異なるか、或いは第３金属層９３－２と第３金属層９３－３の融点が異なる。

【0052】

また、３つのサブキャリア２０－１，２０－２，２０－３のうちの中央に位置するサブキャリア２０－２を基板４０に固定する第３金属層９３－２の融点が、上記３つのサブキャリアのうちの両側に位置する２つのサブキャリア２０－１，２０－３を基板４０に固定する２つの第３金属層９３－１，９３－３の融点と異なるのが好ましい。特に、３つのサブキャリア２０－１，２０－２，２０－３うちの中央に位置するサブキャリア２０－２を基板４０に固定する第３金属層９３－２の融点が、上記３つのサブキャリアのうちの両側に位置する２つのサブキャリア２０－１，２０－３を基板４０に固定する２つの第３金属層９３－１，９３－３の融点よりも高いことがより好ましい。

【0053】

更に、第３金属層９３－１，９３－２，９３－３の各々は３層で構成されるが、これに限らず、単層で構成されてもよい。この場合にも、上記と同様、３つのサブキャリア２０－１，２０－２，２０－３のうちの一のサブキャリアと基板４０とが第３金属層（単層）を介して接続され、上記３つのサブキャリアのうちの他のサブキャリアと基板４０とが、上記第３金属層とは異なる融点を有する他の金属層（単層）を介して接続される。

【0054】

この場合、第３金属層９３－１は、例えばＡｕＳｎ、ＳｎＣｕ、ＩｎＢｉ、ＳｎＡｇＣｕ、ＳｎＰｄＡｇ、ＳｎＢｉＩｎ及びＰｂＢｉＩｎ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る。第３金属層９３－２は、例えばＡｕＳｎ、ＳｎＣｕ、ＩｎＢｉ、ＳｎＡｇＣｕ、ＳｎＰｄＡｇ、ＳｎＢｉＩｎ及びＰｂＢｉＩｎ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る。第３金属層９３－３は、例えばＡｕＳｎ、ＳｎＣｕ、ＩｎＢｉ、ＳｎＡｇＣｕ、ＳｎＰｄＡｇ、ＳｎＢｉＩｎ及びＰｂＢｉＩｎ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る。特に、第３金属層９３－２の融点が２つの第３金属層９３－１，９３－３の融点よりも高い場合、第３金属層９３－２は、ＡｕＳｎ、ＳｎＣｕ及びＳｎＡｇＣｕからなる群から選択されるいずれかの金属で構成され、第３金属層９３－１，９３－３は、ＩｎＢｉ、ＳｎＰｄＡｇ、ＳｎＢｉＩｎ及びＰｂＢｉＩｎからなる群から選択されるいずれかの金属で構成されるのが好ましい。

【0055】

図７及び図８に示すように、本実施形態の集積光モジュール１００は、上述の集積光学装置１０をパッケージ１１０に収容したモジュールである。集積光モジュール１００は、集積光学装置１０と、パッケージ１１０と、を備える。パッケージ１１０は、キャビティ構造を有する本体１０２と、本体１０２を覆うカバー１０５と、を備える。

【0056】

本体１０２は、集積光学装置１０が収容される箱状の収容部１０７と、収容部１０７に隣り合う電極部１０８と、を有する。本体１０２は、例えばセラミック等で形成されている。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、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。

【0057】

電極部１０８は、収容部１０７のｙ方向で後方、即ちｙ方向の手前側に配置されている。電極部１０８のｚ方向の前方の面、即ち上面は、収容部１０７のｚ方向の前方の面、即ち上面よりもｚ方向の後方即ち下に位置している。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。

【0058】

図９及び図１０に示すように、収容部１０７の底壁部１３１の所定の位置に、集積光学装置１０を設置するための土台１８０が設けられている。つまり、集積光学装置１０は、収容部１０７の内部空間に配置されている。

【0059】

図９に示すように、底壁部１３１の上面においてｙ方向でサブキャリア２０の下方の土台１８０と外部電極パッド２１０との間の位置には、ｘ方向に間隔をあけて複数の内部電極パッド２０２が設けられている。

【0060】

内部電極パッド２０２－１、２０２－２、２０２－３の各々は、互いに異なる外部電極パッド２１０と接続されている。前述のように内部電極パッド２０２－１、２０２－２、２０２－３の各々と電気的に接続された外部電極パッド２１０は、不図示の電源等と電気的に接続されている。つまり、集積光モジュール１００では、ＬＤ３０と不図示の電源とがワイヤー９５、内部電極パッド２０２－１、２０２－２、２０２－３及び外部電極パッド２１０によって接続されている。不図示の電源から内部電極パッド２０２－１、２０２－２、２０２－３の各々に対応する外部電極パッド２１０に電力が供給されることによって、ＬＤ３０－１、３０－２、３０－３から赤色光、緑色光、青色光が出射される。

【0061】

図１０に示すように、集積光学装置１０は、第２金属層９２を介してパッケージ１１０の土台１８０に固定されている。第２金属層９２は、金属層１７１，１７２，１７３を有する。なお、図１０では、集積光学装置１０の第３金属層９３の金属層７１，７２，７３は、まとめて第３金属層９３として示されている。サブキャリア２０、基板４０、第３金属層９３及び反射防止膜８１，８２の各々のｚ方向の後方即ち手前側の表面は互いに略同一面を形成していてもよい。金属層１７１は、基板４０の底面に接している。金属層１７２は、土台１８０の上面即ちｚ方向の前方且つ奥側の表面に接している。金属層１７３は、ｚ方向で金属層１７１，１７２の間に設けられている。金属層１７１，１７２，１７３の各々を構成する金属及び合金等は、例えば金属層７１，７２，７３の各々を構成する金属、合金等と同じであってもよく、金属層７１，７２，７３について説明した各群のうちから選択されてもよい。

【0062】

収容部１０７の側壁部１３２のうち、集積光学装置１０のＰＬＣ５０の出射面３１と対向する側壁部１３２には、開口１３３が形成されている。開口１３３は、側壁部１３２においてＰＬＣ５０のコア５１－４から出射される３色光の光軸と交差する位置を略中心として形成されている。開口１３３は、コア５１－４から出射され、収容部１０７の内部空間で拡がった３色光の側壁部１３２の表面上での大きさよりも大きく形成されている。図１１及び図１２に示すように、開口１３３は、側壁部１３２－１の外方からガラス板２２０によって隙間なく覆われている。つまり、収容部１０７は、カバー１０５に加えてガラス板２２０によって気密封止されている。ガラス板２２０の両板面には、不図示の反射防止膜が設けられている。開口１３３は、ＰＬＣ５０のコア５１－４から出射される３色光が通過してパッケージ１１０の外部に出射させるための窓である。

【0063】

集積光学装置１０のＰＬＣ５０のコア５１－４から出射された３色光ＬＬは、ｙ方向を中心に拡散しつつ、図１２に示すように、開口１３３及びガラス板２２０を通り、パッケージ１１０の外部に出射され、ｙ方向で奥側、即ちｙ方向の前方に進行する。例えば、パッケージ１１０の側壁部１３２－１よりもｙ方向の前方即ち奥側に、コリメートレンズ３１０を備えたコリメート装置３００を配置できる。ｙ方向における出射面３１とコリメートレンズ３１０との距離をコリメートレンズ３１０の焦点距離に合わせ、３色光ＬＬの光軸上にコリメートレンズ３１０の中心を合わせることによって、集積光学装置１０のＰＬＣ５０のコア５１－４から出射された３色光ＬＬがコリメートされ、平行光になる。なお、図１２には、コリメート装置３００がパッケージ１１０の外部に配置されているが、コリメートレンズ３１０がパッケージ１１０の内部に収容されてもよい。ガラス板２２０が開口１３３を気密封止できれば、ガラス板２２０を介してＰＬＣ５０から出射された３色光が通る領域にコリメートレンズ３１０が形成されてもよい。

【0064】

次いで、集積光学装置１０の製造方法を簡単に説明する。

【0065】

先ず、サブキャリア２０の上面２１に、ベアチップのＬＤ３０を公知の手法を用いて実装する。例えば、サブキャリア２０の上面２１に金属層７５をスパッタ又は蒸着等を用いて形成した後、ＬＤ３０の下面３３（例えば、ＬＤ３０－１の下面３３－１）に金属層７６をスパッタ又は蒸着等を用いて形成する。サブキャリア２０の上面２１に金属層をスパッタ又は蒸着等を用いて形成した後に、上記金属層の上に金属層７５をスパッタ又は蒸着等を用いて形成してもよい。

【0066】

次に、図１３に示すように、例えば、レーザー９０からレーザー光をサブキャリア２０に照射する。レーザー光の照射によって、サブキャリア２０のみを溶融及び変形しない程度に加熱し、サブキャリア２０からの伝熱によって金属層７５，７６を軟化あるいは溶融し、第１金属層９１を形成し、その後冷却する。これらの作業により、サブキャリア２０の上面２１に、金属層７５，７６を介してＬＤ３０を接合する。その後、サブキャリア２０の側面２２に金属層７１をスパッタ又は蒸着等を用いて形成する。

【0067】

基板４０の上面４１に、公知の半導体プロセスによってＰＬＣ５０を形成する。続いて、入射面６１及び出射面６４に反射防止膜８１，８２、不図示の反射防止膜を形成する。その後、反射防止膜８１のｙ方向の後方に、金属層７２，７３をこの順に、スパッタ又は蒸着等を用いて形成する。

【0068】

次に、互いに対応するＬＤ３０－１，３０－２，３０－３の出射面３１－１，３１－２，３１－３とコア５１－１，５１－２，５１－３の入射面６１－１，６１－２，６１－３とをｘ方向及びｚ方向において互いに重ね、ｙ方向に所定の間隔をあけて対向させる。ＬＤ３０から発せられる各色光の光軸と対応するコアの入射面６１の軸線とを略重ねる。

【0069】

次に、図１４に示すように、レーザー９０からレーザー光をサブキャリア２０に照射し、サブキャリア２０からの伝熱によって金属層７１，７２，７３を軟化あるいは溶融させ、第３金属層９３を形成し、ＬＤ３０とＰＬＣ５０との相対位置を調整しつつ、ＰＬＣ５０が形成された基板４０に、ＬＤ３０が実装されたサブキャリア２０を接合する。

【0070】

このとき、複数のサブキャリアのうちの一のサブキャリアと基板４０とを第３金属層９３（金属層）を介して接続し、複数のサブキャリアのうちの他のサブキャリアと基板４０とを、上記第３金属層９３とは異なる融点を有する他の第３金属層（他の金属層）を介して接続する。例えば、３つのサブキャリア２０－１，２０－２，２０－３を並列して配置し且つＰＬＣ５０と光接合させる場合において、３つのサブキャリア２０－１，２０－２，２０－３のうちの隣り合う２つのサブキャリアを、互いに融点の異なる２つの第３金属層９３を介してそれぞれ基板４０に固定する。

【0071】

この場合、上記３つのサブキャリア２０－１，２０－２，２０－３のうちの中央に位置するサブキャリア２０－２を、第３金属層９３－２を介して基板４０に固定し、その後、上記３つのサブキャリアのうちの両側に位置する２つのサブキャリア２０－１，２０－３を、第３金属層９３－２とは融点の異なる第３金属層９３－１，９３－３を介して基板４０に固定するのが好ましい（図５参照）。また、上記３つのサブキャリア２０－１，２０－２，２０－３のうちの中央に位置するサブキャリア２０－２を、第３金属層９３－２を介して基板４０に固定し、その後、上記３つのサブキャリアのうちの両側に位置する２つのサブキャリア２０－１，２０－３を、第３金属層９３－２とは融点の低い第３金属層９３－１，９３－３を介して基板４０に固定するのがより好ましい。

【0072】

上述したサブキャリア２０と基板５０の接合時には、例えば、図１５に示すように、ｘ方向におけるサブキャリア２０－１の両側にレーザー９０を配置する。レーザー９０から出射された光を図１５の矢印で示す方向に沿ってサブキャリア２０－１に当てて加熱し、サブキャリア２０－１のみを溶融及び変形しない程度に加熱する。同時に、ＬＤ３０－１から各色光を発し、発光強度を検出すると共に、ＰＬＣ５０のコア５１－１等を通ってコア５１－４から出射される単色光或いは３色光の出射強度を検出する。

【0073】

サブキャリア２０－２と基板５０の接合時にも、上記と同様、ｘ方向におけるサブキャリア２０－２の両側にレーザー９０を配置する。レーザー９０から出射された光をサブキャリア２０－２に当てて加熱し（図１５参照）、サブキャリア２０－２のみを溶融及び変形しない程度に加熱する。同時に、ＬＤ３０－２から各色光を発し、発光強度を検出すると共に、ＰＬＣ５０のコア５１－２等を通ってコア５１－４から出射される単色光或いは３色光の出射強度を検出する。また、サブキャリア２０－３と基板５０の接合時にも、上記と同様、ｘ方向におけるサブキャリア２０－３の両側にレーザー９０を配置する。レーザー９０から出射された光をサブキャリア２０－３に当てて加熱し（図１５参照）、サブキャリア２０－３のみを溶融及び変形しない程度に加熱する。同時に、ＬＤ３０－３から各色光を発し、発光強度を検出すると共に、ＰＬＣ５０のコア５１－３等を通ってコア５１－４から出射される単色光或いは３色光の出射強度を検出する。

【0074】

図１６に示すように、ｙ方向における出射面３１と入射面６１との間隔Ｓをミクロンオーダーの値で変化させ、発光強度に対する出射強度を光利用効率［％］とすると、間隔Ｓが大きくなる程、光利用効率が低下する。図１６では、Ｓ_ａ＜Ｓ_ｂ＜Ｓ_ｃ＜Ｓ_ｄ＜Ｓ_ｅ＜Ｓ_ｆ＜Ｓ_ｇである。最適な間隔Ｓは、集積光学装置１０の使用用途、ＬＤ３０の発光パターン、コア５１－１，５１－２，５１－３のｘ方向及びｚ方向の大きさによって変わる。これらの条件を勘案し、求められる光利用効率を満たすように間隔Ｓ及びＬＤ３０の位置、姿勢を調整する。前述したＬＤ３０の位置、姿勢の調整は、所謂アクティブアライメント及びギャップコントロールを行うことを意味する。前述の間隔Ｓ及びＬＤ３０の調整は、アクティブアライメントの機能を有する公知の装置を用いて行うことができる。

【0075】

アクティブアライメント及びギャップコントロールとサブキャリア２０の加熱を行うと、図１５に示すように、最適な位置に配置されたＬＤ３０の出射面３１と入射面６１との間の金属層７１，７２，７３は、金属層７３の合金化及び僅かな熱収縮によって、ＬＤ３０の出射面３１とコア５１の入射面６１との間に挟まれていない各金属層よりも薄くなる。レーザー９０によるサブキャリア２０の加熱を止めることによって冷却され、ＬＤ３０の位置が固定される。以上の手順を進めることによって、集積光学装置１０を製造できる。

【0076】

上述したように、本実施形態によれば、３つのサブキャリア２０－１，２０－２，２０－３のうちの一のサブキャリアと基板４０とが第３金属層９３を介して接続されており、３つのサブキャリア２０－１，２０－２，２０－３のうちの他のサブキャリアと基板４０とが、上記第３金属層９３とは異なる融点を有する他の第３金属層９３を介して接続されているので、例えば先にサブキャリアを基板４０に固定する際に高融点を有する第３金属層を用い、その後にサブキャリアを基板４０に固定する際に相対的に低融点を有する第３金属層を用いることができる。これにより、２つ目以降のサブキャリアを基板４０に固定する際に、それよりも前に基板４０に固定されたサブキャリアの第３金属層の接合強度が低下するのを抑制することができ、高い接続信頼性を実現することができる。また、２つ目以降のサブキャリアを基板４０に固定する際に生じた熱が、それよりも前に基板４０に固定されたサブキャリアの第３金属層に伝達された場合であっても、当該第３金属層の接合強度が低下するのを抑制することができる。その結果、隣接して配置されるサブキャリア２０同士やＬＤ３０同士の間隔（配列ピッチ）を小さくすることができ、集積光学装置１０の更なる小型化を実現することができる。

【0077】

集積光学装置１０では、サブキャリア２０とＬＤ３０とは、金属層７５，７６を有する第１金属層９１を介して接続されている。このことによって、集積光学装置１０の製造において、金属層７５，７６を溶融あるいは軟化してＬＤ３０とサブキャリア２０とを接合した後、金属層７１，７２，７３を溶融あるいは軟化してサブキャリア２０と基板４０とを接合する際に、金属層７５が再溶融してＬＤ３０とサブキャリア２０との相対的な位置ずれが生じるのを防止できる。ＬＤ３０とサブキャリア２０との相対的な位置ずれを防止することによって、サブキャリア２０を介して接続されたＬＤ３０とＰＬＣ５０との位置精度を高め、信頼性の高い集積光学装置１０を提供できる。

【0078】

合金化による金属層７５，７６によるサブキャリア２０とＬＤ３０との接合は、熱に強く、例えば図１７に示すようにワイヤーボンディング等の工程で周囲の環境温度が高くなっても解除されにくい。例えばワイヤーボンディング等の方法を用いてＬＤ３０と不図示の電源とをワイヤー９５によってサブキャリア２０の上面２１で接続する際に、サブキャリア２０とＬＤ３０との接合状態が良好に維持された状態が維持される。つまり、ワイヤーボンディングする際に、ＬＤ３０とサブキャリア２０が離れず、ＬＤ３０がサブキャリア２０の最適な位置に維持される。このことによって、集積光学装置１０に所望の光利用効率及び光学特性を発揮させ、集積光学装置１０の信頼性を高めることができる。

【0079】

集積光学装置１０では、ＬＤ３０の出射面３１とＰＬＣ５０において各色光が入射する入射面６１との間に隙間空間１０１が形成されている。集積光学装置１０は、ＬＤ３０の出射面３１から出射された各色光は、隙間空間１０１をｙ方向に沿って伝搬し、入射面６１からＰＬＣ５０のコア５１に入射するように構成されている。前述の構成によって、ＬＤ３０の出射面３１から出射された各色光を所定の結合効率を満たした状態でＰＬＣ５０のコア５１に入射させることが容易であり、信頼性の高い集積光学装置１０を提供できる。

【0080】

本実施形態に係る集積光モジュール１００では、上述の集積光学装置１０がパッケージ１１０に収容されている。したがって、パッケージ１１０内に充填したガスは、隙間空間１０１も同じガスで占有されることになる。ガスは特に限定されるものではないが、空気や、窒素等の不活性ガスが使用できる。
以上説明した通り、集積光モジュール１００において、集積光学装置１０は、第２金属層９２を介してパッケージ１１０の内部で固定されている。集積光モジュール１００は、集積光学装置１０を備え、ＬＤ３０の出射面３１とサブキャリア２０の側面２２とがｙ方向で略同一の位置にあるので、信頼性を高めることができる。集積光モジュール１００によれば、高い信頼性のもとで、使用目的に合った所望の光量の３色光を得られる。

【0081】

以上、本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変更が可能である。

【0082】

例えば、図１８に示すように、集積光学装置１０において、サブキャリア２０とＬＤ３０とは、第１樹脂層９９を介して接続されてもよい。第１樹脂層９９は、例えば紫外線硬化樹脂や熱硬化樹脂等で構成されている。第１樹脂層９９として紫外線硬化樹脂を用いる場合は、集積光学装置１０の製造工程において、サブキャリア２０の上面２１にＬＤ３０を接合する際に、図１３に示す構成において、金属層７５，７６を紫外線硬化樹脂に置き換え、レーザー９０を紫外線照射装置に置き換えればよい。前述の変形例の集積光学装置では、ＬＤ３０の出射面３１とサブキャリア２０の側面２２とが略同一面上に配されているので、集積光学装置１０と同様の作用効果を得ることができる。

【0083】

図１９に示すように、集積光学装置１０において、ＬＤ３０の出射面３１とＰＬＣ５０のコア５１の入射面６１との間に樹脂９８、あるいは樹脂以外の任意素材が設けられてもよい。但し、樹脂９８及び前述の任意素材は、ＬＤ２０から出射された光を透過可能である。ＰＬＣ５０のコア５１への光の結合効率を高めるために、樹脂９８及び前述の任意素材のＬＤ２０から出射される光に対する全光透過率は高い程好ましく、例えば８０％以上であることが好ましい。ＬＤ３０の出射面３１とＰＬＣ５０のコア５１の入射面６１との間に樹脂９８が設けられた場合、各色光はＬＤ３０の出射面３１から出射され、樹脂９８に入射すると共に樹脂９８を伝搬し、入射面６１からＰＬＣ５０のコア５１に入射する。樹脂９８及び前述の任意素材の屈折率を適切に設定することによって、反射防止膜８１を省略できる。前述の変形例の集積光学装置では、ＬＤ３０の出射面３１とサブキャリア２０の側面２２とが略同一面上に配されているので、集積光学装置１０と同様の作用効果を得ることができる。

【0084】

例えば、図１０に示す集積光モジュール１００の一部の構成において、図示していないが、集積光学装置１０は、第２金属層９２に替えて第２樹脂層を介してパッケージ１１０の内部で土台１８０に固定されてもよい。第２樹脂層は、例えばアクリル樹脂やエポキシ樹脂等を含む紫外線硬化樹脂や熱硬化樹脂等で構成されている。樹脂による固定を行うことで、金属固定のように局所的な加熱をすることは困難であるもののが、金属固定よりも低い温度での固定が可能となり、集積光学装置１０への熱による影響を小さくすることが可能となる。前述の変形例の集積光学装置では、ＬＤ３０の出射面３１とサブキャリア２０の側面２２とが略同一面上に配されているので、集積光学装置１０と同様の作用効果を得ることができる。

【0085】

例えば、集積光学装置１０では、第１金属層９１は、１つの金属層によって構成されてもよく、３つ以上の互いに異なる金属層によって構成されてもよい。サブキャリア２０と金属層７５との間に新たな金属層を設けることによって、新たな金属層を設けない場合に比べて集積光学装置１０の信頼性を向上させることができる。新たな金属層は、例えばチタン（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る。

【0086】

例えば、集積光学装置１０では、サブキャリア２０とＬＤ３０とが、少なくとも金属層７５，７６との合金層を含む不図示の金属複合層を介して接続されてもよい。「少なくとも第１金属層９１の金属層７５，７６との合金層を含む金属複合層」とは、金属複合層の一部に金属層７５，７６との合金層を有している層であるか、又は、金属複合層の全部が当該合金層で構成されている層を意味する。例えば、集積光学装置１０において、金属層７５，７６の金属がｚ方向の一部又は全体に亘って合金化し、合金層を形成してもよい。金属層７５，７６の金属がｚ方向の一部で合金化された場合、サブキャリア２０とＬＤ３０との間には、金属層７５，７６の合金層と、金属層７５，７６の何れか又は双方とが介在する。介在する金属層及び合金層の組成は、上述説明した集積光学装置１０の製造方法の実施時におけるサブキャリア２０の加熱条件等によって変わり得る。金属層７５，７６の金属がｚ方向の全体に亘って合金化された場合、サブキャリア２０とＬＤとの間には、実質的に上記合金層のみが介在してもよい。即ち、「金属層」は、一種類の金属からなる層、複数の金属を含む層、複数の金属が合金化した合金層を広く含む。

【0087】

例えば、集積光学装置１０では、第１金属層９１の金属層７５，７６同士の界面において、金属層７６のｙ方向の全体に亘って金属層７５，７６が合金化し、金属層７５，７６との合金層が形成されることが好ましい。しかしながら、金属層７６のｙ方向の一部で金属層７５，７６が合金化し、上記合金層が形成されてもよい。

【0088】

例えば、集積光学装置１０では、サブキャリア２０と基板４０とが、少なくとも金属層７１，７３との合金層、及び／又は金属層７２，７３との合金層を含む不図示の他の金属複合層を介して接続されてもよい。「少なくとも金属層７１，７３との合金層、及び／又は金属層７２，７３との合金層を含む他の金属複合層」とは、その一部に金属層７１の金属と金属層７３との合金層、及び／又は金属層７２，７３との合金層を有しているか、又は、その全部が、金属層７１の金属と金属層７３との合金層、及び金属層７２の金属と金属層７３との合金層で構成されている層を意味する。例えば、集積光学装置１０において、金属層７１の金属と、金属層７３の金属とがｙ方向の一部又は全体に亘って合金化し、１つの合金層が形成されてもよい。金属層７２の金属と、金属層７３の金属とがｙ方向の一部又は全体に亘って合金化し、１つの合金層が形成されてもよい。サブキャリア２０と基板４０とは、金属層７１，７３との合金層、及び金属層７２，７３との合金層の何れか又は双方を介して接続されてもよい。

【0089】

第１金属層９１の金属層７５，７６の合金層を含む金属複合層の融点は、金属層７１，７３の合金層及び金属層７２，７３の合金層を含む他の金属複合層の融点よりも高いことが好ましい。例えば、金属層７５を構成する金属と金属層７６を構成する金属との合金層を構成する合金の融点は、金属層７１を構成する金属と金属層７３を構成する金属との合金層を構成する合金の融点よりも高いことが好ましい。第１金属層９１の金属層７５を構成する金属と金属層７６を構成する金属との合金層を構成する合金の融点は、金属層７２を構成する金属と金属層７３を構成する金属との合金層を構成する合金の融点よりも高いことが好ましい。前述の各構成では、集積光学装置１０の製造工程において、金属層７１，７２，７３を溶融あるいは軟化させてサブキャリア２０と基板４０とを接合する際に、金属層７５，７６の合金層が再溶融してＬＤ３０とサブキャリア２０との相対的な位置ずれが生じるのを防止できる。金属複合層は、単独の合金層、金属層と合金層との組み合わせ、互いに異なる組成の合金層同士の組み合わせ、前述の組み合わせとは異なり且つ少なくとも合金層を含む多層構造の何れであってもよい。

【0090】

第１金属層９１及び金属層７１，７２，７３の各融点の条件を前述のように考慮することによって、サブキャリア２０を介して接続されたＬＤ３０とＰＬＣ５０との位置精度が高く、信頼性の高い集積光学装置１０を提供できる。各金属層の界面あるいはその近傍に形成された合金層の融点は、金属層７５あるいは金属層７３の融点に依存する。例えば、金属層７５を金属層７６よりも厚く形成すること、あるいは金属層７３を金属層７１，７２よりも厚く形成することで、各金属層の界面あるいはその近傍に形成された合金層の融点を容易に制御できる。

【0091】

サブキャリア２０と基板４０とを接合するためにこれらの間に介在させる金属材料は、サブキャリア２０、基板４０、金属層７１の各材料に応じて適宜変更可能である。金属層や合金層の金属材料の厚みは、サブキャリア２０、基板４０、金属層７１の各材料に応じて適宜設定可能である。

【0092】

集積光学装置１０では、第１金属層９１は、２つの金属層７５，７６を有するが、例えば１つの金属層７５のみ、あるいは金属層７６のみを有してもよい。集積光学装置１０では、サブキャリア２０と基板４０とが、金属層７１，７２，７３及び反射防止膜８１を介して接続されているが、１つの金属層のみを介して接続されてもよい。

【0093】

集積光学装置１０では、サブキャリア２０の側面２２と基板４０の側面４２とが、ｙ方向の後方から前方に向かって金属層７１、金属層７２、金属層７３、反射防止膜８１の順に介して接続されている。しかしながら、サブキャリア２０の側面２２と基板４０の側面４２との間の構成は、金属層７１，７２，７３及び反射防止膜８１の積層構造に限られない。サブキャリア２０において基板４０に対向する下面と基板４０においてサブキャリア２０に対向する上面とが、金属層７１，７２，７３を介して接続されてもよい。この場合、金属層７５の融点は、金属層７３の融点よりも高いことが好ましい。前述の変形例の集積光学装置では、ＬＤ３０の出射面３１とサブキャリア２０の側面２２とが略同一面上に配されているので、集積光学装置１０と同様の作用効果を得ることができる。

【0094】

上述の変形例において、サブキャリア２０と基板４０とが、少なくとも金属層７１の金属と金属層７３との合金層、及び／又は金属層７２の金属と金属層７３との合金層を含む不図示の他の金属複合層を介して接続されてもよい。この場合も、上記変形例と同様、金属層７５の融点は、金属層７１の金属と金属層７３との合金層及び／又は金属層７２と金属層７３との合金層を含む他の金属複合層の融点よりも高いことが好ましい。

【0095】

上述の集積光学装置１０の用途は、ウェアラブルデバイスや小型プロジェクタ等に限定されない。しかしながら、本発明に係る集積光学装置が処理する光の波長は、赤、緑、青に限定されず、可視波長域に限定されない。本発明に係る集積光学装置が処理する光の波長域は、可視波長域から近赤外波長域にわたってもよく、光通信で用いられることを目的として近赤外波長域のみであってもよい。本発明に係る集積光学装置が処理する光の波長の数は、３つに限定されず、所望の数に設定可能である。本発明に係る集積光学装置が処理する光の波長に応じて、基板４０やＰＬＣ５０、各種金属層及び合金層の材料は適宜選択され得る。

【0096】

上述の集積光モジュール１００の構成は、図７から図１２を参照して説明した構成に限定されない。パッケージ１１０の収容部１０７には、集積光モジュール１００の用途、ＰＬＣ５０におけるコア５１の形状に合わせて、コリメートレンズ３１０以外の結像レンズ、ビームスプリッター、波長フィルタ、多機能光学フィルタ、受光器等の光学素子を自由に収容できる。前述の光学素子は、図１２に示すコリメート装置３００のようにパッケージ１１０の収容部１０７の外部に設置してもよい。集積光モジュール１００は、任意の光学処理装置に一体的に組み込まれていてもよい。

【符号の説明】

【0097】

１０ 集積光学装置
２０ サブキャリア（基台）
２０－１ サブキャリア（基台）
２０－２ サブキャリア（基台）
２０－３ サブキャリア（基台）
２１ 上面
２１－１ 上面
２１－２ 上面
２１－３ 上面
２２ 側面
２２－１ 側面
２２－２ 側面
２２－３ 側面
３０ ＬＤ（光半導体素子）
３０－１ ＬＤ（光半導体素子）
３０－２ ＬＤ（光半導体素子）
３０－３ ＬＤ（光半導体素子）
３１ 出射面
３１－１ 出射面
３１－２ 出射面
３１－３ 出射面
４０ 基板
４１ 上面（表面）
４２ 側面
５０ ＰＬＣ（光導波路）
５１ コア
５１－１ コア
５１－２ コア
５１－３ コア
６１ 入射面
６１－１ 入射面
６１－２ 入射面
６１－３ 入射面
６４ 出射面
７１ 金属層
７１－１ 金属層
７１－２ 金属層
７１－３ 金属層
７２ 金属層
７２－１ 金属層
７２－２ 金属層
７２－３ 金属層
７３ 金属層
７３－１ 金属層
７３－２ 金属層
７３－３ 金属層
９１ 第１金属層
９２ 第２金属層
９３ 第３金属層（金属層）
９３－１ 第３金属層
９３－２ 第３金属層
９３－３ 第３金属層
９６ 第２樹脂層
９８ 樹脂
９９ 第１樹脂層
１００ 集積光モジュール
１０１ 隙間空間

【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】

【図18】

【図19】