特許 7652715 集積光学装置、集積光学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】2025-03-18

(45)【発行日】2025-03-27

(54)【発明の名称】集積光学装置、集積光学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 20060101AFI20250319BHJP

   G02B 6/42 20060101ALI20250319BHJP

   H01S 5/02355 20210101ALI20250319BHJP

   H01S 5/0225 20210101ALI20250319BHJP

【ＦＩ】

G02B6/12 301

G02B6/42

H01S5/02355

H01S5/0225

【請求項の数】 14

(21)【出願番号】P 2021573029

(86)(22)【出願日】2020-12-23

(86)【国際出願番号】 JP2020048263

(87)【国際公開番号】W WO2021149450

(87)【国際公開日】2021-07-29

【審査請求日】2023-09-28

(31)【優先権主張番号】P 2020007205

(32)【優先日】2020-01-21

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(31)【優先権主張番号】P 2020056032

(32)【優先日】2020-03-26

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(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】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】100169694

【弁理士】

【氏名又は名称】荻野 彰広

(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】福▲崎▼ 亮平

(72)【発明者】

【氏名】新海 正博

【審査官】奥村 政人

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２０１１／０２４２６９７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２００２－３２３６２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０００－２８４１３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－１９４２２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１５／１７０５０５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１０－１０９１３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０２０／１９６４８９（ＷＯ，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

Ｈ０１Ｓ ５／００－ ５／５０

Ｂ２３Ｋ ２６／００－２６／７０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基台と、
前記基台の表面に設けられた光半導体素子と、
基板と、
前記基板の表面に設けられた光導波路と、
を備え、
前記光導波路の入射面が前記光半導体素子の出射面と対向するように配置され、
前記光半導体素子から出射される光が前記光導波路に入射可能であり、
前記光半導体素子は、金属層を介して前記基台と接続されており、
前記基台は、他の金属層を介して前記基板と接続されており、
前記基台の表面とは反対側の基台底面と、前記基板の表面とは反対側の基板底面とは、略同一平面上に設けられており、
前記基台は、第１乃至第３の外面を有する略直方体であり、
前記第１の外面は前記基台の上面であり、
前記第２の外面は、前記基台の第１側面であり、
前記第３の外面は、前記第１側面と向かい合う第２側面と、前記第１及び第２側面の各々と隣接し互いに対向する第３及び第４側面と、前記上面と向かい合う前記基台底面と、を含み、
前記光半導体素子は、前記基台の前記第１の外面に実装され、
前記光半導体素子は前記光導波路と光結合するように配置され、
前記基台の前記第２の外面は金属層を介して前記基板の側面に接続され、
前記基台の前記第３の外面の少なくとも一部は、粗面化領域を有し、
前記粗面化領域は、前記第１側面と前記第２側面との中間位置よりも前記第１側面寄りの前部領域に設けられている、集積光学装置。

【請求項2】

前記粗面化領域の表面粗さは前記第１及び第２の外面の表面粗さよりも大きい、請求項１に記載の集積光学装置。

【請求項3】

前記粗面化領域の最大断面高さ（Ｒｔ）が５μｍ以上５０μｍ以下である、請求項１又は２に記載の集積光学装置。

【請求項4】

前記基台底面は、前記粗面化領域が設けられていない平滑面である、請求項１～３のいずれか一項に記載の集積光学装置。

【請求項5】

前記粗面化領域は、前記第３及び第４側面の全面に設けられている、請求項１～４のいずれか一項に記載の集積光学装置。

【請求項6】

前記粗面化領域は、前記第１側面と前記第２側面との中間位置よりも前記第１側面寄りの前部領域に設けられている、請求項１～５のいずれか一項に記載の集積光学装置。

【請求項7】

前記光半導体素子を２つ以上有する、請求項１～６のいずれか一項に記載の集積光学装置。

【請求項8】

前記光半導体素子は、赤色光を出力する第１光半導体素子と、緑色光を出力する第２光半導体素子と、青色光を出力する第３光半導体素子を有する、請求項１～７のいずれか一項に記載の集積光学装置。

【請求項9】

前記光半導体素子と前記光導波路との間に反射防止膜が設けられている、請求項１～８のいずれか一項に記載の集積光学装置。

【請求項10】

前記光半導体素子を複数備え、
複数の前記光半導体素子は互いに異なる波長を有する光を発し、
前記光導波路には複数の前記光半導体素子が発する光のそれぞれが入射可能なコアが設けられ、
複数の前記コアは前記光導波路の出射面に到達する手前側で互いに１つに集められている、請求項１～９のいずれか一項に記載の集積光学装置。

【請求項11】

請求項１～１０のいずれか一項に記載の集積光学装置と、前記集積光学装置を収容するパッケージとを有し、前記集積光学装置は、前記基台底面および前記基板底面が共に、金属または樹脂を含む接合層を介して前記パッケージの一内面に固定されている、集積光学モジュール。

【請求項12】

前記接合層は、樹脂にフィラーを混合した材料からなる、請求項１１に記載の集積光学モジュール。

【請求項13】

前記接合層の熱伝導率が４Ｗ／ｍ・Ｋ以上である、請求項１１又は１２に記載の集積光学モジュール。

【請求項14】

第１乃至第３の外面を有し、前記第１の外面に光半導体素子が実装され、前記第２の外面に金属接合材料が設けられ、前記第３の外面の少なくとも一部に粗面化領域が形成された基台を用意し、
前記基台は、第１乃至第３の外面を有する略直方体であり、
前記第１の外面は前記基台の上面であり、
前記第２の外面は、前記基台の第１側面であり、
前記第３の外面は、前記第１側面と向かい合う第２側面と、前記第１及び第２側面の各々と隣接し互いに対向する第３及び第４側面と、前記上面と向かい合う前記基台底面と、を含み、
前記光半導体素子は、前記基台の前記第１の外面に実装され、
前記光半導体素子は光導波路と光結合するように配置され、
前記基台の前記第２の外面は金属層を介して基板の側面に接続され、
前記基台の前記第３の外面の少なくとも一部は、粗面化領域を有し、
前記粗面化領域は、前記第１側面と前記第２側面との中間位置よりも前記第１側面寄りの前部領域に設けられた集積光学装置の製造方法であって、
前記光導波路が設けられた前記基板の側面に前記基台の前記第２の外面を当接させた状態で前記粗面化領域にレーザー光を照射して前記基台と共に前記金属接合材料を加熱しながら、前記光導波路と光結合するように前記光半導体素子の位置を調整し、
前記レーザー光の照射を停止することにより前記基台を冷却して前記基台と前記基板とを金属接合することにより、前記光半導体素子を固定することを特徴と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、これを用いた集積光学モジュール、及び集積光学装置の製造方法に関する。
本願は、２０２０年１月２１日に、日本に出願された特願２０２０－００７２０５号、および２０２０年３月２６日に日本に出願された特願２０２０－０５６０３２号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

【背景技術】

【0002】

データトラフィックの増加に伴い、光通信システムやそれらを活用した身の回りの様々な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】

光通信システムにおいては、シリコンフォトニクスの技術検討が進められている。これは、シリコン導波路へ発光素子や受光素子などを集積させるものである。
また身の回りもウェアラブルデバイスや小型プロジェクタなど、多機能かつ持ち歩きが可能なデバイスのために、小型な光モジュールが求められている。

【0004】

従来、複数の光学素子を１つに集積化するために、ミラー及びレンズが用いられている。例えば、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集積された光モジュールが開示されている。

【0005】

こうした特許文献１の光モジュールでは、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経て全反射用波長フィルタを通り、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、全反射用波長分離用フィルタにより互いに分離される。分離された後の波長１．５５μｍの光は、全反射用波長フィルタにより折り返され、結合レンズによりフォトダイオードに入射する。分離された後の波長１．４９μｍの光は、結合レンズによりフォトダイオードに入射する。

【0006】

また、特許文献２には、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波長合分波器に、波長選択フィルタ及びミラーの配置に合わせて所定の波長を有する光を複数入射させ、波長合分波器で合波可能な光送受信モジュールが開示されている。

【0007】

特許文献１，２のようにミラーやレンズを用いた集積化とは別の構造として、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、半導体導波路を有して第１の基板上に搭載された半導体チップと、ＰＬＣチップとを一体化したハイブリッド集積光モジュールが開示されている。

【0008】

特許文献４のハイブリッド集積光モジュールでは、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間している。また、半導体チップとＰＬＣチップとは、紫外線硬化接着剤で接着されている。

【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。これに対して、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、自由空間光学系に比べると小型化を図りやすい。

【0011】

しかしながら、特許文献４に記載されているハイブリッド集積光モジュール１では、半導体チップ２とＰＬＣチップ３、およびＳｉベンチ５とＰＬＣ基板６が、紫外線硬化接着剤８でそれぞれ接着されている（図１、段落００２５等）。そのため、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、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。また、ＬＤ等の光半導体素子を作動させるためには電気を導通する必要があり、ワイヤーボンディング等の方法を用いて光半導体素子を基板上の電源に接続する必要がある。しかし、光半導体素子を光導波路に固定する強度が十分でないと、ワイヤーボンディングする際に、光半導体素子が光導波路から滑落する虞があった。
また、半導体チップ２及びＰＬＣチップ３で発生した熱は主に、それらチップが搭載されるパッケージを通して放熱されるが、紫外線硬化接着剤の膨張・収縮によって半導体チップ２及びＰＬＣチップ３の少なくとも一方はパッケージからの離間が大きくなってしまい、放熱が十分でなく、温度依存性があるレーザー光の発光では、安定したレーザー光の出力が得られないという課題があった。

【0012】

本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、レーザー発光の温度依存性が抑制され、構成部品のパッケージへの接合強度が向上した集積光学装置、およびこれを用いた集積光学モジュール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】

【0013】

本発明の第１態様に係る集積光学装置は、基台と、前記基台の表面に設けられた光半導体素子と、基板と、前記基板の表面に設けられた光導波路と、を備え、前記光導波路の入射面が前記光半導体素子の出射面と対向するように配置され、前記光半導体素子から出射される光が前記光導波路に入射可能であり、前記光半導体素子は、金属層を介して前記基台と接続されており、前記基台は、他の金属層を介して前記基板と接続されており、前記基台の表面とは反対側の基台底面と、前記基板の表面とは反対側の基板底面とは、略同一平面上に設けられている。

【0014】

上記態様に係る集積光学装置は、前記光半導体素子と前記光導波路との間に反射防止膜が設けられていてもよい。

【0015】

上記態様に係る集積光学装置は、前記光半導体素子を複数備え、複数の前記光半導体素子は互いに異なる波長を有する光を発し、前記光導波路には複数の前記光半導体素子が発する光のそれぞれが入射可能なコアが設けられ、複数の前記コアは前記光導波路の出射面に到達する手前側で互いに１つに集められていてもよい。

【0016】

上記態様に係る集積光学装置において、前記基台は、第１乃至第３の外面を有し、
前記第１の外面は前記基台の表面であり、前記光半導体素子は前記基台の前記第１の外面に実装され、前記半導体素子は、前記光導波路と光結合するように配置され、前記基台の前記第２の外面は金属層を介して前記基板の側面に接続され、前記基台の前記第３の外面の少なくとも一部は、粗面化領域を有していてもよい。

【0017】

上記態様に係る集積光学装置において、前記粗面化領域の表面粗さは前記第１及び第２の外面の表面粗さよりも大きくてもよい。

【0018】

上記態様に係る集積光学装置において、前記粗面化領域の最大断面高さ（Ｒｔ）が５μｍ以上５０μｍ以下や５μｍ以上３０μｍ以下であってもよい。

【0019】

上記態様に係る集積光学装置において、前記基台は略直方体であり、前記第２の外面は、前記基台の第１側面であり、前記第３の外面は、前記第１側面と向かい合う第２側面と、前記第１及び第２側面の各々と隣接し互いに対向する第３及び第４側面と、前記上面と向かい合う前記基台底面を含んでいてもよい。

【0020】

上記態様に係る集積光学装置において、前記粗面化領域は、前記第３及び第４側面に設けられており、前記第２側面及び前記基台底面は、前記粗面化領域が設けられていない平滑面であってもよい。

【0021】

上記態様に係る集積光学装置において、前記粗面化領域は、前記第３及び第４側面の全面に設けられていてもよい。

【0022】

上記態様に係る集積光学装置において、前記粗面化領域は、前記第１側面と前記第２側面との中間位置よりも前記第１側面寄りの前部領域に設けられていてもよい。

【0023】

上記態様に係る集積光学装置において、前記粗面化領域は、前記上面と前記基台底面との中間位置よりも前記基台底面寄りの下部領域に設けられていてもよい。

【0024】

上記態様に係る集積光学装置において、前記光半導体素子を２つ以上有していてもよい。

【0025】

上記態様に係る集積光学装置において、前記光半導体素子は、赤色光を出力する第１光半導体素子と、緑色光を出力する第２光半導体素子と、青色光を出力する第３光半導体素子を有していてもよい。

【0026】

本発明の第２の態様に係る集積光学モジュールは、前記各項に記載の集積光学装置と、該集積光学装置を収容するパッケージとを有し、前記集積光学装置は、前記基台底面および前記基板底面が共に、金属または樹脂を含む接合層を介して前記パッケージの一内面に固定されている。

【0027】

上記態様に係る集積光学モジュールにおいて、前記接合層は、樹脂にフィラーを混合した材料からなっていてもよい。

【0028】

上記態様に係る集積光学モジュールにおいて、前記接合層の熱伝導率が４Ｗ／ｍ・Ｋ以上であってもよい。

【0029】

本発明の第３の態様に係る集積光学装置の製造方法は、第１乃至第３の外面を有し、前記第１の外面に光半導体素子が実装され、前記第２の外面に金属接合材料が設けられ、前記第３の外面の少なくとも一部に粗面化領域が形成された基台を用意し、
光導波路が設けられた基板の側面に前記基台の前記第２の外面を当接させた状態で前記粗面化領域にレーザー光を照射して前記基台と共に前記金属接合材料を加熱しながら、前記光導波路と光結合するように前記光半導体素子の位置を調整し、
前記レーザー光の照射を停止することにより前記基台を冷却して前記基台と前記基板とを金属接合することにより、前記光半導体素子を固定する。

【発明の効果】

【0030】

本発明によれば、光半導体素子の動作によって生じる熱を効率的に放熱して、温度変化による動作不安定を引き起こすことが無い集積光学装置、およびこれを用いた集積光学モジュールを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0031】

【図1】本発明の第一実施形態の集積光学装置の斜視図である。

【図2】第１実施形態の集積光学装置のＰＬＣの入射面の断面図である。

【図3】第１実施形態の集積光学装置の一部の平面図である。

【図4】第１実施形態の集積光学装置においてＡ－Ａ´線で矢視した断面図である。

【図5】第１実施形態の集積光学装置の製造方法の一例を説明するための断面図である。

【図6】第１実施形態の集積光学装置がパッケージされた集積光学モジュールの平面図である。

【図7】集積光学モジュールの側面図である。

【図8】集積光学モジュールのカバーを外した状態の平面図である。

【図9】集積光学モジュールの出射部側から見た側面図である。

【図10】集積光学モジュールの使用時の一形態を示す斜視図である。

【図11】第２実施形態の集積光学装置の斜視図である。

【図12】第２実施形態の集積光学装置のＰＬＣの入射面の断面図である。

【図13】第２実施形態の集積光学装置の一部の平面図である。

【図14】第２実施形態の集積光学装置においてＢ－Ｂ´線で矢視した断面図である。

【図15】サブキャリアの各面の表面粗さについて説明するための図である。

【図16】第２実施形態の集積光学装置の製造方法の一例を説明するための断面図である。

【図17】第２実施形態の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】第２実施形態の集積光学装置のＬＤの出射面とＰＬＣの入射面との間隔と光利用効率との関係を示すグラフである。

【図19】第２実施形態の集積光学装置のＬＤがワイヤーボンディングされた状態を示す平面図である。

【図20】サブキャリアの構成の変形例を示す展開図である。

【図21】サブキャリアの構成の変形例を示す展開図である。

【図22】第３実施形態の集積光学装置の断面図である。

【図23】第３実施形態の集積光学装置がパッケージされた集積光学モジュールの構造の一例を透過的に示す略斜視図である。

【図24】本発明の検証例を示す熱分布図である。

【図25】本発明の検証例を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0032】

以下、本発明を適用した一実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下に示す実施形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。また、以下の説明で用いる図面は、本発明の特徴をわかりやすくするために、便宜上、要部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が実際と同じであるとは限らない。すなわち、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。

【0033】

「第１実施形態」
（集積光学装置）
図１に示すように、本実施形態の集積光学装置１０は、サブキャリア（基台）２０と、サブキャリア２０の上面（表面）２１に設けられたＬＤ（光半導体素子）３０と、基板４０と、基板４０の上面（表面）４１に設けられたＰＬＣ（光導波路）５０と、を備えている。

【0034】

集積光学装置１０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。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。

【0035】

集積光学装置１０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２０の上面２１に設けられている。ＬＤ３０－１は、サブキャリア２０－１の上面２１－１に設けられている。ＬＤ３０－２は、サブキャリア２０－２の上面２１－２に設けられている。ＬＤ３０－３は、サブキャリア２０－３の上面２１－３に設けられている。以下では、集積光学装置１０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。
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。

【0036】

ＬＤ３０は、ベアチップでサブキャリア２０に実装されている。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４に示すように、サブキャリア２０とＬＤ３０との間には、金属層７５，７６が設けられている。サブキャリア２０とＬＤ３０とは、金属層７５，７６を介して接続されている。金属層７５，７６を形成する方法としては、公知の方法が利用可能で特に問わないが、スパッタ、蒸着、ペースト化した金属の塗布等の公知手法が利用可能である。金属層７５，７６は、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）、タングステン（Ｗ）、金（Ａｕ）とスズ（Ｓｎ）の合金、スズ（Ｓｎ）－銀（Ａｇ）－銅（Ｃｕ）系はんだ合金（ＳＡＣ）、ＳｎＣｕ、ＩｎＢｉ、ＳｎＰｄＡｇ、ＳｎＢｉＩｎ及びＰｂＢｉＩｎからなる群から選択される１又は複数の金属を含み、この群から選択される１又は複数の金属で構成されていてもよい。

【0037】

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、光導波路を構成する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。

【0038】

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。

【0039】

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２０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。

【0040】

図１及び図４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互いに１つに集められている。即ち、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。

【0041】

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。

【0042】

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。

【0043】

図４に示すように、サブキャリア２０は、第１金属層７１，第２金属層７２，第３金属層７３を介して基板４０と接続されている。本実施形態では、サブキャリア２０において基板４０に対向する側面（第１側面）２２（２２－１、２２－２、２２－３）と基板４０においてサブキャリア２０に対向する側面（第２側面）４２とは、第１金属層７１、第２金属層７２、第３金属層７３、反射防止膜８１を介して接続されている。金属層７５の融点は、第３金属層７３の融点よりも高い。

【0044】

第１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又は複数の金属を含み、この群から選択される１又は複数の金属で構成されていてもよい。好ましくは、第１金属層７１が、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、銀（Ａｇ）、鉛（Ｐｂ）、インジウム（Ｉｎ）、ニッケル（Ｎｉ）からなる群から選択される少なくとも１つの金属を含む。第２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又は複数の金属を含み、この群から選択される１又は複数の金属で構成されていてもよい。好ましくは、第２金属層７２に、タンタル（Ｔａ）が用いられる。第３金属層７３は、第１金属層７１と第２金属層７２との間に介在し、例えばアルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、ＡｕＳｎ、ＳｎＣｕ、ＩｎＢｉ、ＳｎＡｇＣｕ、ＳｎＰｄＡｇ、ＳｎＢｉＩｎ及びＰｂＢｉＩｎからなる群から選択される１又は複数の金属を含み、この群から選択される１又は複数の金属で構成されていてもよい。好ましくは、第３金属層７３に、ＡｕＳｎ、ＳｎＡｇＣｕ、ＳｎＢｉＩｎが用いられる。

【0045】

第１金属層７１の厚み、即ち第１金属層７１のｙ方向の大きさは、例えば０．０１μｍ以上５．００μｍ以下である。第２金属層７２の厚み、即ち第２金属層７２のｙ方向の大きさは、例えば０．０１μｍ以上１．００μｍ以下である。第３金属層７３の厚み、即ちｙ方向の大きさは、例えば０．０１μｍ以上５．００μｍ以下である。また、第３金属層７３の厚みは、第１金属層７１及び第２金属層７２の各厚みより大きいことが好ましい。このような構成では、第１金属層７１、第２金属層７２、第３金属層７３の前述の各役割が良好に発現され、基板４０に対する第１金属層７１の材料の進入及び各金属層同士の接着強度の低下が抑えられる。第１金属層７１、第２金属層７２および第３金属層７３の厚みは、例えば分光エリプソメトリにより測定される。

【0046】

本実施形態では、第１金属層７１は、金属層７５に接触しない状態で、側面２２の略全域において基板４０又はＰＬＣ５０に対向する側面に設けられている。第２金属層７２及び第３金属層７３のｚ方向の前端、即ち上端は、例えばｚ方向の前側では第１金属層７１の上端と同じ位置に達している。第２金属層７２及び第３金属層７３のｚ方向の後端、即ち下端は、例えばサブキャリア２０，第１金属層７１及び基板４０の下端と同じ位置に達している。ｙ方向に沿って見たとき、ｘ方向において第１金属層７１はサブキャリア２０より大きく形成されている。

【0047】

前述の構成のように、第１金属層７１の面積、即ちｘ方向及びｚ方向を含む面内の大きさは、第２金属層７２及び第３金属層７３の面積と略同じであり、かつその下端がサブキャリア２０の下端と同じ位置に達していることが好ましい。このような構成では、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。すなわち、例えば後述の通りＬＤ３０及びサブキャリア２０の各々と複数の内部電極パッド２０２のうち各ＬＤ３０に対応する内部電極パッド２０２とを、ワイヤーボンディングを用いてワイヤー９５によって接続する場合であっても、サブキャリア２０と基板４０との接続が解除されることを抑制できる。またサブキャリア２０、第１金属層７１、第２金属層７２、第３金属層７３及び基板４０の下端が同じ位置に達していることで、サブキャリア２０からの放熱パスを増やすことができる。尚、第１金属層７１の面積は第２金属層７２及び第３金属層７３の面積より小さくてもよい。

【0048】

本実施形態に係る集積光学装置１０では、ＬＤ３０とＰＬＣ５０との間に反射防止膜８１が設けられている。例えば、反射防止膜８１は、基板４０の側面４２とＰＬＣ５０の入射面６１とに、一体的に形成されている。但し、反射防止膜８１は、ＰＬＣ５０の入射面６１のみに形成されていてもよい。

【0049】

集積光学装置１０では、入射面６１に加えて出射面６４にも、反射防止膜８２が設けられている。なお、図１では、集積光学装置１０の概略構成を示しており、第１金属層７１、第２金属層７２、第３金属層７３及び反射防止膜８１，８２は省略されている。

【0050】

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ることによって形成される多層膜である。前述の誘電体としては、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。

【0051】

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７０がある。集積光学装置１０は空気中に露出されているので、隙間７０には空気が満ちている。集積光学装置１０がヘッドマウントディスプレイに用いられる点及びヘッドマウントディスプレイで求められる光量等をふまえると、隙間（間隔）７０のｙ方向の大きさは、例えば０μｍより大きく、５μｍ以下である。

【0052】

図４に示すように、本実施形態の集積光学装置１０は、サブキャリア（基台）２０の上面（表面）２１に対向する底面（基台底面）２３と、基板４０の上面（表面）４１に対向する底面（基板底面）４３とが、互いに略同一平面Ｓ上に位置するように設けられている。本実施形態の集積光学装置１０では、サブキャリア（基台）２０と基板４０とが金属層を介して接続されているため、接着剤によって接続された構成の特許文献４のハイブリッド集積光モジュールと比べて、加熱工程による位置ズレの発生が著しく抑制されている。
なお、ここでいう略同一平面Ｓは、底面（基台底面）２３と、底面（基板底面）４３との僅かなズレを許容する。具体的には、基板４０のｚ方向に沿った厚みに対して２０μｍ以下の範囲のズレを許容するが、ズレは小さいほどよく、１０μｍ以下であることがより好ましく、５μｍ以下であることがさらに好ましい。

【0053】

本実施形態のように、サブキャリア２０の底面２３と、基板４０の底面４３とが、略同一平面Ｓ上になるように形成すれば、サブキャリア２０と基板４０の両方を、例えばパッケージやヒートシンクの一平面上に接合することができる。これによって、サブキャリアの底面と、基板の底面とが略同一平面上に無く、どちらか一方の底面でしか接合できない従来の集積光学装置と比較して、本実施形態の集積光学装置１０は、ＬＤ（光半導体素子）３０の動作で生じた熱を、サブキャリア２０の底面２３と、基板４０の底面４３の両方で効率的に放熱することができる。

【0054】

また、本実施形態のように、サブキャリア２０の底面２３と、基板４０の底面４３とを、略同一平面Ｓ上に設けることによって、集積光学装置１０を他の基板等の一平面上に接合する際に、サブキャリア２０の底面２３と、基板４０の底面４３の両方で基板等の一平面上に接合できるので、接合強度を高く保ち、耐衝撃性に優れた集積光学装置１０を実現することができる。
例えば、サブキャリアの底面が基板の底面よりも＋ｚ方向に位置する場合すなわち、サブキャリアの底面が基板の底面よりもパッケージ１１０の土台１８０（図７参照）から上方に離間して配置する場合、サブキャリアの第１側面の大きさが小さく、放熱を効率的にできず、また基板との接合強度が十分ではなく後述するワイヤーボンディングをした場合に、サブキャリアが滑落する場合があった。しかしながら、本実施形態に係る集積光学装置１０では、側面２２の大きさを十分に確保し、底面２３および側面２２からの放熱や基板４０との接合を十分に行うことができるため、放熱性や耐衝撃性を向上できる。耐衝撃性を向上することで、例えば、ＬＤ３０がＰＬＣ５０に対して最適な位置に維持される。従って、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。

【0055】

次いで、集積光学装置１０の製造方法を簡単に説明する。図５は、集積光学装置１０の製造方法を説明するための図である。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する。さらに、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。次に、図５（ａ）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に照射し、サブキャリア２０のみを溶融及び変形しない程度に加熱する。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させ、その後冷却する。これにより、サブキャリア２０の上面２１に、ＬＤ３０が金属層７５，７６を介して接合される。また、ＬＤ３０のサブキャリア２０への実装前或いは実装後に、サブキャリア２０の側面２２に第１金属層７１をスパッタ又は蒸着等を用いて形成する。

【0056】

次に、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。さらに、反射防止膜８１のｙ方向の後方に、第２金属層７２、第３金属層７３をこの順に、スパッタ又は蒸着等を用いて形成する。

【0057】

次に、ｘ方向及びｚ方向において、互いに対応するＬＤ３０とコア５１－１，５１－２，５１－３の出射面３１と入射面６１とをｙ方向に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の中心とを略重ねる。この時、サブキャリア２０の底面２３と、基板４０の底面４３とが略同一平面上になるように、サブキャリア２０の底面２３と、基板４０の底面４３とを揃えて配置する。

【0058】

次いで、図５（ｂ）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第１金属層７１、第２金属層７２及び第３金属層７３を軟化或いは溶融させる。ＬＤ３０とＰＬＣ５０との相対位置を調整し、かつ、サブキャリア２０の底面２３と基板４０の底面４３とが略同一平面上になるように、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。こうした工程を経て、サブキャリア２０の底面２３と、基板４０の底面４３とが、互いに略同一平面上に位置する集積光学装置１０を製造することができる。

【0059】

（集積光学モジュール）
次に、本実施形態の集積光学装置を有する集積光学モジュールについて説明する。

【0060】

本実施形態の集積光学モジュール１００は、図６、図７に示すように、例えばパッケージ１１０に収容されてもよい。集積光学モジュール１００は、上述した集積光学装置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。

【0061】

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、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、隙間７０（図４参照）には不活性ガスが満たされる。

【0062】

電極部１０８は、収容部１０７のｙ方向で手前側、即ちｙ方向の後方に配置されている。電極部１０８の上面は、収容部１０７の上面よりも下に位置している。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。

【0063】

図７、図８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。集積光学装置１０は、土台１８０の上に設けられている。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。集積光学装置１０は、サブキャリア（基台）２０の底面（基台底面）２３と、基板４０の底面（基板底面）４３とが、互いに略同一平面Ｓ上に位置するように形成されているので、集積光学装置１０はサブキャリア２０及び基板４０は、共に土台１８０の上面１８０ａ（一内面）に接合されている。

【0064】

サブキャリア（基台）２０の底面（基台底面）２３と、基板４０の底面（基板底面）４３は、土台１８０の上面１８０ａ（一内面）との間で接着層１８２を介して接合されていればよい。この接着層１８２は、熱伝導性を高めるために、樹脂にフィラーを混合した材料が用いられている。接着層１８２を構成する樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂が挙げられる。また、樹脂の熱伝導性を向上させるフィラーとしては、銅粉末やアルミニウム粉末、アルミナ粉末などを用いることができる。
なお、こうした接着層１８２は、一定以上の熱伝導性を保つために、熱伝導率が０．５Ｗ／ｍ・Ｋ以上にすることが好ましく、熱伝導率が１Ｗ／ｍ・Ｋ以上にすることが好ましく、熱伝導率が４Ｗ／ｍ・Ｋ以上にすることがさらに好ましい。

【0065】

このように、集積光学装置１０のサブキャリア（基台）２０と、基板４０の両方をパッケージ１１０の土台１８０の上面１８０ａに接合することによって、ＬＤ３０の動作により生じた熱を、サブキャリア（基台）２０の底面（基台底面）２３と、基板４０の底面（基板底面）４３の両方から、土台１８０に向けて効率よく放熱することができる。また、更に、サブキャリア（基台）２０の底面（基台底面）２３と、基板４０の底面（基板底面）４３の両方を、フィラーを混合した樹脂からなる接着層を用いて接合することにより、サブキャリア（基台）２０の底面（基台底面）２３と、基板４０の底面（基板底面）４３の両方から、土台１８０に向けて効率よく熱を伝搬させることができる。

【0066】

ｙ方向においてサブキャリア２０の下方の土台１８０と外部電極パッド２１０との間の位置の底壁部１３１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。
ＬＤ３０及びサブキャリア２０の各々と複数の内部電極パッド２０２のうち各ＬＤ３０に対応する内部電極パッド２０２とは、ワイヤーボンディング等の方法を用いてワイヤー９５によって接続されている。例えば、ＬＤ３０－１及びサブキャリア２０－１の各々と２つの内部電極パッド２０２－１の各々とは、ワイヤー９５－１によって個別に接続されている。ＬＤ３０－２及びサブキャリア２０－２の各々と２つの内部電極パッド２０２－２の各々とは、ワイヤー９５－２によって個別に接続されている。ＬＤ３０－３及びサブキャリア２０－３の各々と２つの内部電極パッド２０２－３の各々とは、ワイヤー９５－３によって個別に接続されている。

【0067】

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、集積光学装置１０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。

【0068】

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１２及び図１３に示すように、開口１３３は、側壁部１３２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。

【0069】

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の外部に伝搬するための窓である。図１４に示すように、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、開口１３３及びガラス板２２０を通り、パッケージ１１０の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方向で奥側に、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、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。

【0070】

「第２実施形態」
（集積光学装置）
図１１～図１４は、第２実施形態に係る集積光学装置１０Ａを説明するための図である。図１１は、集積光学装置１０Ａの斜視図である。図１２は、図１１に示す集積光学装置１０ＡのＰＬＣ５０の入射面６１の断面図である。図１３は、図１１に示す集積光学装置１０Ａの一部の平面図である。図１４は、図１１に示す集積光学装置１０ＡにおいてＢ－Ｂ´線で矢視した断面図である。図１５は、サブキャリア２０の各面の表面粗さについて説明するための図である。第２実施形態に係る集積光学装置１０Ａは、サブキャリア４２０の構成が第１実施形態に係る集積光学装置１０のサブキャリア２０と異なる。集積光学装置１０Ａにおいて、集積光学装置１０と同様の構成は同様の符号を付し、説明を省略する場合がある。

【0071】

図１１に示すように、本実施形態による集積光学装置１０Ａは、サブキャリア（基台）４２０と、サブキャリア４２０の上面４２１に設けられたＬＤ（光半導体デバイス）３０と、基板４０と、基板４０の上面４１に設けられたＰＬＣ（光導波路デバイス）５０とを備えている。

【0072】

集積光学装置１０Ａ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。そのため、集積光学装置１０Ａ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。このような集積光学装置１０Ａは、例えばヘッドマウントディスプレイやスマートグラスに搭載される合波器として適用可能である。本実施形態において、赤色光とは、ピーク波長が６９０ｎｍ以上７１０ｎｍ以下である光を意味する。緑色光とは、ピーク波長が５３５ｎｍ以上５５５ｎｍ以下である光を意味する。青色光とは、ピーク波長が４２５ｎｍ以上４４５ｎｍ以下である光を意味する。

【0073】

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４２０の上面４２１に設けられている。ＬＤ３０－１は、サブキャリア４２０－１の上面４２１－１に設けられている。ＬＤ３０－２は、サブキャリア４２０－２の上面４２１－２に設けられている。ＬＤ３０－３は、サブキャリア４２０－３の上面４２１－３に設けられている。以下では、集積光学装置１０Ａ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。

【0074】

ＬＤ３０は、ベアチップでサブキャリア４２０に実装されている。サブキャリア４２０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１４に示すように、サブキャリア４２０とＬＤ３０との間には、金属層７５，７６が設けられている。サブキャリア４２０とＬＤ３０とは、金属層７５，７６を介して接続されている。

【0075】

金属層７５，７６を形成する方法としては、公知の方法が利用可能で特に問わないが、スパッタ、蒸着、ペースト化した金属の塗布等の公知手法が利用可能である。金属層７５，７６は、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）、タングステン（Ｗ）、金（Ａｕ）とスズ（Ｓｎ）の合金、スズ（Ｓｎ）－銀（Ａｇ）－銅（Ｃｕ）系はんだ合金（ＳＡＣ）、ＳｎＣｕ、ＩｎＢｉ、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ている。

【0076】

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１１及び図１２に示すように、ＰＬＣ５０には、光導波路を構成する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を有するコア５１－１，５１－２，５１－３が配設されている。

【0077】

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。

【0078】

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４２０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。

【0079】

図１１及び図１３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１つに集められている。即ち、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。

【0080】

図１３に示すように、ＰＬＣ５０の入射面６１は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はコア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。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。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はコア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。

【0081】

図１１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１３参照）で合わさる。コア５１－１，５１－２同士が合流したコア５１－７（図１３参照）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、例えば集積光学装置１０Ａの使用目的に応じて信号光等として用いられる。

【0082】

図１４に示すように、サブキャリア４２０は、第１金属層７１，第２金属層７２，第３金属層７３を介して基板４０と接続されている。本実施形態では、基板４０と対向するサブキャリア４２０の側面（第１側面）４２２（４２２－１、４２２－１、４２２－３）は、第１金属層７１、第２金属層７２、第３金属層７３、反射防止膜８１を介して基板４０の側面４２に接続されている。金属層７５の融点は、第３金属層７３の融点よりも高い。

【0083】

第１金属層７１は、スパッタ又は蒸着等によって第１側面４２２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。好ましくは、第１金属層７１に、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、銀（Ａｇ）、鉛（Ｐｂ）、インジウム（Ｉｎ）、ニッケル（Ｎｉ）が用いられる。第２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。好ましくは、第２金属層７２に、タンタル（Ｔａ）が用いられる。第３金属層７３は、第１金属層７１と第２金属層７２との間に介在し、例えばアルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、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ている。好ましくは、第３金属層７３に、ＡｕＳｎ、ＳｎＡｇＣｕ、ＳｎＢｉＩｎが用いられる。

【0084】

第１金属層７１の厚み、即ち第１金属層７１のｙ方向の大きさは、例えば０．０１μｍ以上５．００μｍ以下である。第２金属層７２の厚み、即ち第２金属層７２のｙ方向の大きさは、例えば０．０１μｍ以上１．００μｍ以下である。第３金属層７３の厚み、即ちｙ方向の大きさは、例えば０．０１μｍ以上５．００μｍ以下である。また、第３金属層７３の厚みは、第１金属層７１及び第２金属層７２の各厚みより大きいことが好ましい。このような構成では、第１金属層７１、第２金属層７２、第３金属層７３の前述の各役割が良好に発現され、基板４０に対する第１金属層７１の材料の進入及び各金属層同士の接着強度の低下が抑えられる。

【0085】

本実施形態では、第１金属層７１は、金属層７５に接触しない状態で、第１側面４２２の略全域において基板４０又はＰＬＣ５０に対向する側面に設けられている。第２金属層７２及び第３金属層７３のｚ方向の前端、即ち上端は、ｚ方向の前側では第１金属層７１の上端と同じ位置に達している。第２金属層７２及び第３金属層７３のｚ方向の後端、即ち下端は、金属層７１，サブキャリア４２０及び基板４０の下端と同じ位置に達している。ｙ方向に沿って見たとき、ｘ方向において第１金属層７１はサブキャリア４２０より大きく形成されている。

【0086】

前述の構成のように、第１金属層７１の面積、即ちｘ方向及びｚ方向を含む面内の大きさは、第２金属層７２及び第３金属層７３の面積と略同じであり、かつその下端がサブキャリア２０の下端と同じ位置に達していることが好ましい。このような構成では、基板４０に対するサブキャリア４２０の接続強度が最大限に確保される。尚、第１金属層７１、第２金属層７２、及び第３金属層７３の下端は、サブキャリア４２０及び基板４０の下端より上側に位置していてもよい。

【0087】

本実施形態では、ＬＤ３０とＰＬＣ５０との間に反射防止膜８１が設けられている。例えば、反射防止膜８１は、基板４０の側面４２とＰＬＣ５０の入射面６１とに、一体的に形成されている。但し、反射防止膜８１は、ＰＬＣ５０の入射面６１のみに形成されていてもよい。

【0088】

入射面６１に加えて出射面６４にも、反射防止膜８２が設けられている。なお、出射面６４にも不図示の反射防止膜が設けられている。なお、図１１では、集積光学装置１０Ａの概略構成を示しており、第１金属層７１、第２金属層７２、第３金属層７３及び反射防止膜８１，８２は省略されている。

【0089】

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ることによって形成される多層膜である。前述の誘電体としては、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）等が挙げられる。

【0090】

図１５は、サブキャリア４２０の各面の表面粗さについて説明するための図である。

【0091】

図１５に示すように、サブキャリア４２０の形状は略直方体であり、ＬＤ３０の実装面を構成する上面４２１と、金属層７１，７３，７２を介して基板４０の側面に接続される第１側面４２２と、第１側面４２２と反対側の第２側面４２３と、第１側面４２２及び第２側面４２３の各々に隣接し、互いに向かい合う第３側面４２４及び第４側面４２５と、上面４２１と反対側の底面（基台底面）２６とを有している。ＬＤ３０は、サブキャリア４２０の第１側面４２２寄り（すなわち、上面４２１の前方端部）に配置されており、金属層７５、７６を介してサブキャリア４２０に接続されている。

【0092】

本実施形態において、サブキャリア４２０の上面４２１、第１側面４２２、第２側面４２３及び底面２６は平滑面であるが、第３側面４２４及び第４側面４２５の全面には粗面化領域４２０Ｓが設けられている。粗面化領域４２０Ｓは、サブキャリア４２０の上面４２１等の平滑面よりも表面粗さが大きな領域である。具体的には、サブキャリア４２０の上面４２１等の平滑面の最大断面高さ（Ｒｔ）が０．０１以上５μｍ未満であるのに対し、粗面化領域４２０Ｓの最大断面高さ（Ｒｔ）は５μｍ以上５０μｍ以下である。粗面化領域４２０Ｓの最大断面高さ（Ｒｔ）は１０μｍ以上５０μｍ以下や、２０μｍ以上４０μｍ以下であってもよく、５μｍ以上３０μｍ以下であることが好ましい。
本明細書において「最大断面高さ」とは、ＪＩＳ Ｂ６０１に準拠して、評価長さにおける輪郭曲線の山高さの最大値と谷深さの最大値との和を意味する。

【0093】

サブキャリア４２０の粗面化領域４２０Ｓの最大断面高さ（Ｒｔ）は、白色光干渉型顕微鏡（例えば、ＢＲＵＫＥＲ社製、「Ｗｙｋｏ－ＨＤ９８００」）と同様の原理の装置を用いる方法で非接触で測定する。
表１に示すサンプル１～５は、サンドブラストを用いて、シリコンからなるサブキャリアの表面を粗面化処理を行った前後の表面の最大断面高さ（Ｒｔ）を、白色光干渉型顕微鏡（ＢＲＵＫＥＲ社製、「Ｗｙｋｏ－ＨＤ９８００」）によって測定した例である。測定はＶＳＩモードを用い、粗面化処理前のＲｔは倍率７．５倍、測定範囲（４００）μｍ×（４００）μｍにて測定し、粗面化処理後のＲｔは倍率１０倍、測定範囲（４００）μｍ×（４００）μｍにて測定した。

【表1】

【0094】

サブキャリア４２０の全面が平滑面である場合、後述するサブキャリア４２０へのレーザー照射の際にレーザー光がサブキャリア４２０の平滑面で反射して加熱効率が良くなく、金属層７１，７３，７２を介したサブキャリア４２０と基板４０との間の接合強度が不十分となる場合がある。しかし、サブキャリア４２０の第３及び第４側面４２４，４２５が粗面化されている場合には、熱容量が抑えられ、サブキャリア４２０の第３及び第４側面４２４，４２５に照射したレーザー光の反射を抑えてサブキャリア４２０の加熱効率を高めることができ、これにより金属接合強度を高めることができる。

【0095】

サブキャリア４２０の上面４２１及び第１側面４２２は平滑面である。サブキャリア４２０の上面４２１を平滑面とすることで上面４２１に均一な厚さの金属層を形成することができ、金属層を介してＬＤ３０をサブキャリア４２０上に確実かつ強固に実装することができる。またサブキャリア４２０の第１側面４２２を平滑面とすることで第１側面４２２に均一な厚さの金属層７１を形成することができ、金属層７１，７３，７２を介してサブキャリア４２０と基板４０の側面に確実かつ強固に接続することができる。

【0096】

サブキャリア４２０の第２側面４２３及び底面２６も平滑面であることが好ましい。これにより、サブキャリア４２０の第２側面４２３及び底面２６を真空吸着により保持することができる。したがって、サブキャリア４２０の第３及び第４側面４２４、４２５にレーザー光を照射しながらサブキャリア４２０の位置調整を行うことができる。

【0097】

粗面化領域形成のための粗面化の方法は特に制限はなく、ウェットな方法でもドライな方法でも無機部材の表面を粗面化する公知の方法を用いることができる。例えば、サンドブラスト等の手法によって任意の場所に形成することができる。サンドブラストに代わりサンドペーパーの様なものを用いてサブキャリアの側面に傷を形成させても良い。
また、サブキャリア４２０の集合基板をダイシングして個片化する際に切断面が粗くなる加工条件を採用する方法により形成してもよい。具体的にはダイヤモンドカッターの刃に接着されているダイヤモンド砥粒の大きさを調整することにより粗面化が可能である。その他レーザーによる切断方法を用い所定の条件によって形成することも可能である。

【0098】

ＬＤ３０の出射面３１とＰＬＣ５０の入射面６１とは、所定の間隔をあけて配置されている（図１５（ｂ）参照）。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７０がある。集積光学装置１０Ａが空気中に露出している場合、隙間７０には空気が満ちている。集積光学装置１０Ａがヘッドマウントディスプレイ等に用いられる場合に求められる光量等を考慮すると、隙間（間隔）７０のｙ方向の大きさは、例えば０μｍより大きく、５μｍ以下である。

【0099】

次いで、集積光学装置１０Ａの製造方法を簡単に説明する。図１６は、集積光学装置１０Ａの製造方法を説明するための図である。先ず、サブキャリア４２０の上面４２１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４２０の上面４２１に、金属層７５をスパッタ又は蒸着等を用いて形成する。さらに、ＬＤ３０の下面３３（例えば、ＬＤ３０－１の下面３３－１）に、第１金属層７６をスパッタ又は蒸着等を用いて形成する。次に、図１６（ａ）に示すように、例えば、レーザー装置９０からレーザー光をサブキャリア４２０に照射し、サブキャリア４２０のみを溶融及び変形しない程度に加熱する。サブキャリア４２０からの伝熱によって、金属層７５，７６を軟化あるいは溶融させ、その後冷却する。これにより、サブキャリア４２０の上面４２１に、ＬＤ３０が金属層７５，７６を介して接合される。また、ＬＤ３０のサブキャリア４２０への実装前或いは実装後に、サブキャリア４２０の第１側面４２２に第１金属層７１をスパッタ又は蒸着等を用いて形成する。

【0100】

次に、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。さらに、反射防止膜８１のｙ方向の後方に、第２金属層７２、第３金属層７３をこの順に、スパッタ又は蒸着等を用いて形成する。

【0101】

次に、ｘ方向及びｚ方向において、互いに対応するＬＤ３０とコア５１－１，５１－２，５１－３の出射面３１と入射面６１とをｙ方向に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の中心とを略重ねる。この時、サブキャリア４２０の底面４２３と、基板４０の底面４３とが略同一平面上になるように、サブキャリア４２０の底面４２３と、基板４０の底面４３とを揃えて配置する。

【0102】

次いで、図１６（ｂ）に示すように、レーザー装置９０からレーザー光をサブキャリア４２０に照射し、サブキャリア４２０からの伝熱によって第１金属層７１、第２金属層７２及び第３金属層７３を軟化或いは溶融させる。ＬＤ３０とＰＬＣ５０との相対位置を調整し、かつ、サブキャリア４２０の底面４２３と基板４０の底面４３とが略同一平面上になるようにしながら、ＰＬＣ５０が形成された基板４０に、ＬＤ３０が実装されたサブキャリア４２０を接合する。こうした工程を経て、サブキャリア４２０の底面４２３と、基板４０の底面４３とが、互いに略同一平面上に位置する集積光学装置１０Ａを製造することができる。

【0103】

具体的には、図１７に示すように、Ｘ方向におけるサブキャリア４２０の両側にレーザー装置９０を配置し、矢印で示す方向に沿ってサブキャリア４２０の第３側面４２４及び第４側面４２５にレーザー装置９０から出射されたレーザー光を当てて加熱し、サブキャリア４２０のみを溶融及び変形しない程度に加熱する。同時に、ＬＤ３０から各色光を発し、発光強度を検出すると共に、コア５１－４から出射される３色光の出射強度を検出する。図１８に例示するように、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振って、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（Ｓａ＜Ｓｂ＜Ｓｃ＜Ｓｄ＜Ｓｅ＜Ｓｆ＜Ｓｇ）、光利用効率が低下する。各間隔Ｓにおける「光利用効率」は、図１８のグラフの横軸のＤＴ ｏｆｆｓｅｔが０（零）であるときの光利用効率を意味する。最適な間隔Ｓは、集積光学装置１０Ａ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。このような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。

【0104】

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４２０の加熱を行うと、図１７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との間の第１金属層７１、第２金属層７２及び第３金属層７３は、第３金属層７３の合金化及び僅かな熱収縮によって、出射面３１と入射面６１との間に挟まれていない各金属層より薄くなる。レーザー装置９０によるサブキャリア４２０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１０Ａを製造できる。

【0105】

上記のように、サブキャリア４２０の第３側面４２４及び第４側面４２５は粗面化されており、レーザー光は粗面化領域４２０Ｓに照射されるので、サブキャリア４２０の加熱時にレーザー光の反射を抑えて加熱効率を高めることができる。したがって第１金属層７１、第２金属層７２及び第３金属層７３を介してサブキャリア４２０と基板４０とを接合する場合にその接合強度を高めることができる。

【0106】

以上説明した本実施形態の集積光学装置１０Ａは、サブキャリア４２０、ＬＤ３０、基板４０、ＰＬＣ５０を備える。入射面６１は、出射面３１と対向するように配置され、ＬＤ３０から出射される光がコア５１－１，５１－２，５１－３に入射可能である。また、サブキャリア４２０の第１側面４２２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第１金属層７１、第２金属層７２及び第３金属層７３を介して接続されている。

【0107】

上述の構成によれば、第１金属層７１及び第２金属層７２は第１側面４２２及び基台４０の側面４２に強固に接着され、第３金属層７３は第１金属層７１及び第２金属層７２との界面で合金化しつつ、第１側面４２２のｘ方向及びｚ方向を含む面内の略全域で強固に第１金属層７１及び第２金属層７２と接合する。このような合金化による第１金属層７１、第２金属層７２、第３金属層７３によるサブキャリア４２０と基板４０との接続は、熱に強く、例えば図１９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。したがって、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によって上面４２１で接続するときでも、ＬＤ３０に対してＰＬＣ５０が強固に固定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やサブキャリア４２０がＰＬＣ５０や基板４０から滑落せず、ＬＤ３０がＰＬＣ５０に対して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１０Ａ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１０Ａの信頼性を高めることができる。

【0108】

一方、従来のような樹脂を用いたＬＤとＰＬＣとの接着、又はサブキャリアと基板との接着では、分子構造として高分子である樹脂において置換基による水素結合が生じる。樹脂における置換基の密度は低いので、樹脂の形成面内で局所的な接合となる。集積光学装置１０Ａの構成に適用すると、ｘ方向及びｚ方向を含む面内で局所的にＬＤとＰＬＣ、サブキャリアと基板を結合する。そのため、従来のように樹脂を用いた接続では、上述した合金化による全面的且つ強固な接合に比べて接続強度が低下すると推察される。

【0109】

また、本実施形態の集積光学装置１０Ａによれば、第３金属層７３は第１金属層７１及び第２金属層７２より厚いため、第１金属層７１と第３金属層７３、及び／又は第３金属層７３と第２金属層７２とが十分に合金化され、サブキャリア４２０と基板４０とをより強固に接合することができる。また、ｙ方向において第１金属層７１と第３金属層７３との合金層と基板４０との距離を確保できる。

【0110】

また、本実施形態の集積光学装置１０Ａによれば、ｙ方向（光の進行方向）に沿って見たときに第１金属層７１、第２金属層７２および第３金属層の下端がサブキャリア４２０の下端、基板４０の下端と同じ位置に達している。すなわち、第１実施形態に係る集積光学装置１０Ａと同様にサブキャリア４２０の接合面積を最大化し、サブキャリア４２０の基板４とを強固に接合できる。

【0111】

また、本実施形態の集積光学装置１０Ａによれば、ＬＤ３０とＰＬＣ５０との間に反射防止膜８１が設けられているため、ＬＤ３０から発せられた各色光の入射面６１での反射を防止でき、各色光のコア５１－１，５１－２，５１－３への結合効率を高くすることができる。

【0112】

また、本実施形態の集積光学装置１０Ａでは、ＬＤ３０の出射面３１とＰＬＣ５０の入射面６１とが所定の間隔で配置されているため、ＬＤの出射面とＰＬＣの入射面との間に樹脂が介在する従来の集積光学素子のようにＬＤとＰＬＣとの相対配置がＬＤの出射面とＰＬＣの入射面との間の介在物によって影響されない。このことによって、ＬＤ３０とＰＬＣ５０との相対配置のずれの発生を防止できる。

【0113】

また、本実施形態の集積光学装置１０Ａでは、ＬＤ３０を複数備え、複数のＬＤ３０は互いに異なるピーク波長（波長）を有する光を発する。即ち、集積光学装置１０Ａは、複数のＬＤ３０－１，３０－２，３０－３を備え、ＰＬＣ５０には、複数のＬＤ３０－１，３０－２，３０－３が発する光のそれぞれが入射可能な複数のコア５１－１，５１－２，５１－３が設けられ、複数のコア５１－１，５１－２，５１－３は出射面６４に到達する手前側で互いに１つに集められている。このような構成によれば、互いに異なるピーク波長（波長）を有する３色光を複数のコア５１－１，５１－２，５１－３に効率よく入射させ、出射面６４から出射される３色光の光利用効率を高めることができる。

【0114】

また、本実施形態の集積光学装置１０Ａでは、サブキャリア４２０の底面４２３と、基板４０の底面４３とが略同一平面Ｓ状になるように形成される。すなわち、本実施形態の集積光学装置１０Ａであっても、第１実施形態の集積光学装置１０と同様に、ＬＤ（光半導体素子）３０での動作で生じた熱を、サブキャリア４２０の底面４２３と、第１側面４２２の両方で効率的に放熱することができる。

【0115】

図２０（ａ）～（ｆ）及び図２１（ａ）～（ｆ）は、サブキャリア４２０の構成の変形例を示す展開図である。

【0116】

図２０（ａ）に示すサブキャリア４２０は、上面４２１、第１側面４２２及び底面４２６が平滑面からなり、第２側面４２３、第３側面４２４及び第４側面４２５の全面が粗面化領域４２０Ｓからなるものである。すなわち、図１５に示したサブキャリア４２０の第２側面４２３に粗面化領域４２０Ｓをさらに追加したものである。

【0117】

図２０（ｂ）に示すサブキャリア４２０は、上面４２１、第１側面４２２及び第２側面４２３が平滑面からなり、第３側面４２４、第４側面４２５及び底面４２６の全面が粗面化領域４２０Ｓからなるものである。すなわち、図１５に示したサブキャリア４２０の底面４２６に粗面化領域４２０Ｓをさらに追加したものである。

【0118】

図２０（ｃ）に示すサブキャリア４２０は、第２側面４２３のみを粗面化領域４２０Ｓとし、それ以外のすべての外面を平滑面としたものである。また、図２０（ｄ）は、底面４２６のみを粗面化領域４２０Ｓとし、それ以外のすべての外面を平滑面としたものである。

【0119】

図２０（ｅ）は、第２側面４２３と底面４２６のみを粗面化領域４２０Ｓとし、それ以外のすべての外面を平滑面としたものである。したがって、第３側面４２４及び第４側面４２５は平滑面である。

【0120】

図２０（ｆ）は、上面４２１及び第１側面４２２を平滑面とし、上面４２１及び第１側面４２２以外のすべての面を粗面化領域４２０Ｓとするものである。

【0121】

図２１（ａ）に示すサブキャリア４２０は、第３側面４２４及び第４側面４２５の全面ではなく、各面の中央部にのみ粗面化領域４２０Ｓを設けたものである。そのため、第３側面４２４及び第４側面４２５それぞれのエッジ近傍は平滑面である。

【0122】

図２１（ｂ）に示すサブキャリア４２０は、第３側面４２４及び第４側面４２５と同様の粗面化領域４２０Ｓを、第２側面４２３及び底面４２６にも設けたものである。このように、粗面化領域４２０Ｓは対象面の全面に形成されている必要はなく、対象面の一部、すなわちレーザー照射領域にのみ形成されていればよい。

【0123】

図２１（ｃ）に示すサブキャリア４２０は、第３側面４２４及び第４側面４２５のうち、第１側面４２２寄りの前方半分の領域を粗面化領域４２０Ｓとし、第２側面４２３寄りの後方半分の領域を平滑面としたものである。また、図２１（ｄ）に示すサブキャリア４２０は、底面４２６の前方半分の領域にも同様の粗面化領域４２０Ｓを形成したものである。このように、粗面化領域４２０Ｓは、第１側面４２２と第２側面４２３との中間位置よりも第１側面４２２寄りの前部領域にのみ設けられてもよい。

【0124】

図２１（ｅ）に示すサブキャリア４２０は、第３側面４２４及び第４側面４２５のうち、底面４２６寄りの下側半分の領域を粗面とし、上面４２１寄りの上側半分の領域を平滑面としたものである。図２１（ｆ）に示すサブキャリア４２０は、第２側面４２３の下側半分の領域と底面４２６の全面にも同様の粗面化領域４２０Ｓを形成したものである。このように、粗面化領域４２０Ｓは、上面４２１と底面４２６との中間位置よりも底面４２６寄りの下部領域にのみ設けられてもよい。

【0125】

上記のように、サブキャリア４２０の形状は略直方体であり、上面４２１、第１～第４側面４２２～４２５、及び底面４２６を有する。ここで、ＬＤ３０が実装される上面４２１を第１の外面、基板４０と接続される第１側面４２２を第２の外面、残りの面を第３の外面とするとき、粗面化領域４２０Ｓは第３の外面の少なくとも一部に設けられていればよい。すなわち、本発明において、粗面化領域４２０Ｓは、第２側面４２３、第３側面４２４、第４側面４２５及び底面４２６のいずれかの面の少なくとも一部に形成されていればよい。

【0126】

「第３実施形態」
図２２は、第３実施形態に係る集積光学装置１０Ｂの断面図である。第３実施形態に係る集積光学装置１０Ｂは、サブキャリア５２０、第１金属層５７１，第２金属層５７２、及び第３金属層５７３のｚ方向における長さが第２実施形態に係る集積光学装置１０Ａと異なる。集積光学装置１０Ｂにおいて、集積光学装置１０Ａと同様の構成は、同様の符号を付し、説明を省略する。

【0127】

本実施形態では、第１金属層５７１は、金属層５７５に接触しない状態で、第１側面５２２の略全域において基板４０又はＰＬＣ５０に対向する側面に設けられている。第２金属層５７２及び第３金属層５７３のｚ方向の前端、即ち上端は、ｚ方向の前側では第１金属層５７１と同じ位置に達している。第２金属層５７２及び第３金属層５７３のｚ方向の後端、即ち下端は、第１金属層５７１よりも後方且つ反射防止膜８１より前方の位置に達している。ｙ方向に沿って見たとき、ｘ方向において第１金属層５７１はサブキャリア５２０より大きく形成されている。

【0128】

第１金属層５７１の面積、即ちｘ方向及びｚ方向を含む面内の大きさは、第２金属層５７２及び第３金属層５７３の面積と略同じであるか、或いは第２金属層５７２及び第３金属層５７３の面積より小さいことが好ましい。

【0129】

本実施形態に係る集積光学装置１０Ｂは、集積光学装置１０Ａと同様の方法で製造される。尚、集積光学装置１０Ｂの製造にあたって、サブキャリア５２０の底面５２３と、基板４０の底面４３とが略同一平面上になるように、サブキャリア５２０の底面５２３と、基板４０の底面４３とはずらして配置してよい。またＰＬＣが形成された基板４０にＬＤ３０が実装されたサブキャリア５２０を接合する際に、サブキャリア５２０の底面５２３と基板４０の底面４３とは同一平面上になくてよい。

【0130】

本実施形態に係る集積光学装置１０Ｂであっても、集積光学装置１０Ａと同様に、例えば、ワイヤーボンディングする際に、ＬＤ３０やサブキャリア５２０がＰＬＣ５０や基板４０から滑落せず、ＬＤ３０がＰＬＣ５０に対して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１０Ｂ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１０Ｂの信頼性を高めることができる。

【0131】

また、本実施形態の集積光学装置１０Ｂであっても、第１金属層５７１と第３金属層５７３、及び／又は第３金属層５７３と第２金属層５７２とが十分に合金化され、サブキャリア５２０と基板４０とをより強固に接合することができる。また、ｙ方向において第１金属層５７１と第３金属層５７３との合金層と基板４０との距離を確保できる。

【0132】

また、本実施形態の集積光学装置１０Ｂによれば、ｙ方向（光の進行方向）に沿って見たときに第１金属層５７１の面積は第２金属層５７２の面積より小さいため、サブキャリア５２０と基板４０との接合面積を少なくとも第１金属層５７１の面積以上に確保できる。第１金属層５７１を第１側面５２Bの略全域に設けることによって、サブキャリア５２０の接合面積を最大化し、サブキャリア５２０と基板４０とをさらに強固に接合できる。

【0133】

（集積光学モジュール）
図２３は、集積光学モジュール１００Ｂの構造の一例を透過的に示す略斜視図である。図２３に示すように、この集積光学モジュール１００Ｂは、サブキャリア２０上のＬＤ３０と基板４０上のＰＬＣ５０との組み合わせからなる集積光学装置１０Ｂと、集積光学装置１０Ｂを収容するパッケージ９１とを備えている。そして、集積光学装置１０ＢはＰＤ（Ｐｈｏｔｏ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）モジュールやコントローラＩＣチップ等の他の構成部品（不図示）と共にパッケージ９１内に収容され、不活性ガスと共に気密封止されている。

【0134】

パッケージ９１は、上面側に開口を有する樹脂又はセラミック製の本体９１ａと、本体９１ａの上面に形成された開口を隙間なく覆うカバー９２とで構成されている。本体９１ａの長手方向の一端側の側面にはレーザー光の出射窓９３が設けられている。本体９１ａのうち、出射窓９３に対応する部分には、開口が形成されている。ＰＬＣ５０から発せられたレーザー光は出射窓９３を通過して外部に出力される。また出射窓９３が設けられた側面とは反対側の側面側には、本体９１ａと一体化された端子台９１ｂが形成されており、端子台９１ｂの上面には複数の外部電極パッド９４が形成されている。複数の外部電極パッド９４は、パッケージ９１内の複数の内部端子電極９６のいずれかと電気的に接続されており、ＬＤ３０はボンディングワイヤー（ワイヤー）９５を介して内部端子電極９６に接続されている。

【0135】

複数の外部電極パッド９４は、パッケージ９１内の複数の内部端子電極９６のいずれかと電気的に接続されており、ＬＤ３０はワイヤー９５を介して内部端子電極９６に接続されている。このように、ＬＤ３０のパッドと内部端子電極９６との接続にはワイヤーボンディングが用いられるが、基板４０に対するサブキャリア２０の接合強度が弱い場合には、ワイヤーボンディング時の加圧力によってサブキャリア２０が基板４０から剥離する場合がある。しかし、本実施形態においては、基板４０に対してサブキャリア２０を強固に接合しているので、ワイヤーボンディングによるケース側端子と光半導体デバイス３０との電気的な接続を確実に行うことができる。

【0136】

尚、パッケージ９１内は窒素（Ｎ_２）等の不活性ガスで満たされていてもよい。

【0137】

以上、本発明の実施形態について説明したが、これらの実施形態は例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。例えば、上記の実施形態及び変形例の特徴的な構成をそれぞれ組み合わせてもよい。

【0138】

例えば、本実施形態の集積光学装置１０（１０Ａ，１０Ｂ）では、サブキャリア（基台）２０（４２０，５２０）の上面（表面）２１（４２１，５２１）に３つのＬＤ（光半導体素子）３０－１，３０－２，３０－３が設けられているが、ＬＤ（光半導体素子）は少なくとも１つだけ（例えば白色光を発するＬＤ）設けられていればよく、あるいは４つ以上のＬＤが設けられていてもよい。また、それぞれのＬＤ（光半導体素子）３０－１，３０－２，３０－３がそれぞれ発する光も、赤色光、青色光、緑色光に限定されるものではなく、任意の波長域の光を発するＬＤを用いることができる。

【0139】

また、例えば、互いに略同一平面上に位置するサブキャリア２０の底面２３、および基板４０の底面４３に接合される、１つの共通する放熱板等を備えた構成であってもよい。
また、集積光学モジュール１００（１００Ａ）では、パッケージの底面に更にヒートシンクなどを接合することもできる。これにより、集積光学装置１０（１０Ａ，１０Ｂ）からパッケージ１１０に伝搬された熱を一層効率よく外部に放熱することができる。

【0140】

また、例えば、集積光学装置１０（１０Ａ，１０Ｂ）ではサブキャリア２０（４２０，５２０）と基板４０とが、少なくとも第１金属層７１（５７１）の金属と第３金属層７３（５７３）との合金層、及び／又は第２金属層７２（５７２）の金属と第３金属層７３（５７３）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いてもよい。「少なくとも第１金属層７１（５７１）の金属と第３金属層７３（５７３）との合金層、及び／又は第２金属層７２（５７２）の金属と第３金属層７３（５７３）との合金層を含む金属複合層」とは、その一部に第１金属層７１（５７１）の金属と第３金属層７３（５７３）との合金層、及び／又は第２金属層７２（５７２）と第３金属層７３（５７３）との合金層を有しているか、又は、その全部が、第１金属層７１（５７１）の金属と第３金属層７３（５７３）との合金層、及び第２金属層７２（５７２）の金属と第３金属層７３（５７３）との合金層で構成されている層を意味する。一例として、集積光学装置１０（１０Ａ，１０Ｂ）において、第１金属層７１（５７１）の金属と第３金属層７３（５７３）の金属とがｙ方向の一部又は全体に亘って合金化し、１つの合金層を形成する場合が挙げられる。

【0141】

また、例えば、第２金属層７２（５７２）の金属と、第３金属層７３（５７３）の金属とがｙ方向の一部又は全体に亘って合金化し、１つの合金層を形成する場合が挙げられる。これらの場合、サブキャリア２０（４２０，５２０）と基板４０とを、第１金属層７１（５７１）と第３金属層７３（５７３）との合金層、及び第２金属層７２（５７２）と第３金属層７３（５７３）との合金層のいずれか又は双方を介して接続できる。このような構成によれば、サブキャリア２０（４２０，５２０）と基板４０とを、合金層によって従来のような樹脂による接続よりも強固に接続でき、集積光学装置の信頼性を高めることができる。

【0142】

また、例えば、集積光学装置１０（１０Ａ，１０Ｂ）では、サブキャリア２０（４２０，５２０）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いてもよい。「少なくとも金属層７５，７６との合金層を含む金属複合層」とは、その一部に金属層７５と金属層７６との合金層を有している層であるか、又は、その全部が当該合金層で構成されている層を意味する。一例として、集積光学装置１０（１０Ａ，１０Ｂ）において、金属層７５の金属と金属層７６の金属とがｚ方向の一部又は全体に亘って合金化し、合金層を形成している場合が挙げられる。金属層７５の金属と金属層７６の金属とがｚ方向の一部で合金化された場合、サブキャリア２０（４２０，５２０）とＬＤ３０との間には、金属層７５，７６の合金層と、金属層７５及び金属層７６のいずれか又は双方とが介在する。金属層７５の金属と金属層７６の金属とが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（４２０，５２０）とＬＤとの間には、実質的に上記合金層のみが介在する。また、金属層７５と金属層７６とがｙ方向の全体に亘って合金化し、合金層が形成されることが好ましいが、このような構成に限定されず、ｙ方向の一部で合金化し、合金層が形成されていてもよい。

【0143】

サブキャリア２０（４２０，５２０）と基板４０とを接続するためにサブキャリア２０（４２０，５２０）と基板４０との間に介在させる金属材料は、サブキャリア２０（４２０，５２０）、基板４０、第１金属層７１（５７１）の各材料によって適宜変更可能である。また、金属層や合金層の金属材料の厚みについても、サブキャリア２０（４２０，５２０）、基板４０、第１金属層７１（５７１）の各材料に応じて適宜設定される。金属材料の種類及び厚み、サブキャリア２０（４２０，５２０）の加熱条件等によって、サブキャリア２０（４２０，５２０）と基板４０との間に介在する金属複合層の構成は変わり得る。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、これら以外に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。

【0144】

また、上述の集積光学装置１０（１０Ａ，１０Ｂ）は、可視波長域の３原色の光を合わせる合波器である旨を説明したが、本発明の集積光学装置は合波器に限定されず、光通信用途で広く使用可能である。

【0145】

また、上述の集積光学装置１０（１０Ａ，１０Ｂ）は、ウェアラブルデバイスや小型プロジェクタ等の用途に用いられることを目的として、可視波長域の３原色を合波可能である旨を説明したが、本発明の集積光学装置が処理する光の波長は可視波長域に限定されない。例えば、本発明の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亘ってもよく、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。本発明の集積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を選択すればよい。

【実施例】

【0146】

本発明の効果を検証した。
（実施例）
図１に示す第１実施形態の集積光学装置１０を作成し、この集積光学装置１０のサブキャリア２０の底面２３および基板４０の底面４３に、熱伝導性の接着剤を介してパッケージを接合した時の放熱状態をシミュレーションした。
サブキャリア：シリコン（Ｓｉ）
基板：シリコン（Ｓｉ）
パッケージ：酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）
接着剤：エポキシ樹脂

【0147】

（比較例）
サブキャリアの底面が基板の底面よりも厚み方向に凹んでおり、それ以外の構成は実施例と同じ集積光学装置を作成し、集積光学装置の基板の底面に熱伝導性の接着剤を介してパッケージを接合した時の、放熱状態を測定した。サブキャリアの底面はパッケージに接合されておらず、サブキャリアの底面とパッケージの内面とのギャップは０．５ｍｍである。

【0148】

図２４（ａ）に実施例の集積光学装置１０のＬＤ３０を１Ｗ発熱させた際の熱分布を、図２４（ｂ）に比較例の集積光学装置のＬＤを１Ｗ発熱させた際の熱分布を、それぞれ示す。なお、図２４は、集積光学モジュールの厚み方向に沿った要部断面を示している。

【0149】

図２４に示す結果によれば、実施例の集積光学装置１０は、サブキャリア２０の底面２３と基板４０の底面４３とが互いに略同一平面Ｓ上になるように、共にパッケージに接合されているため、サブキャリア２０の底面２３と基板４０の底面４３のそれぞれから、ＬＤ３０で生じた熱がパッケージに放熱されていることが分かる。これにより、ＬＤ３０の温度は、比較例よりも低く保たれていることが確認できた。

【0150】

一方、比較例の集積光学装置は、サブキャリアの底面が基板の底面との間に段差があり、基板の底面だけがパッケージに接合されているので、ＬＤから離れた位置にある基板の底面でのみＬＤで生じた熱がパッケージに放熱されている。このため、実施例と比較して放熱効率が悪く、ＬＤの温度は、実施例よりも高くなっている。

【0151】

次に、上述した実施例及び比較例において、集積光学装置をパッケージに接合する接着剤の熱伝導率と温度変化最大値との関係を測定した。この結果を図２５にグラフで示す。
図２５の測定結果によれば、熱伝導率を１Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上とすることで集積光モジュールの温度変化量を最低水準にすることができ、さらに熱伝導率を４Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上とすることで集積光モジュールの温度変化量を抑えることが可能であると確認された。

【符号の説明】

【0152】

１０ 集積光学装置
２０、４２０、５２０ サブキャリア（基台）
２０－１、４２０－１、５２０－１ サブキャリア（基台）
２０－２、４２０－２、５２０－２ サブキャリア（基台）
２０－３、４２０－３、５２０－３ サブキャリア（基台）
２１、４２１、５２１ 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
２３ 底面（基台底面）
３０ ＬＤ（光半導体素子）
３０－１ ＬＤ
３０－２ ＬＤ
３０－３ ＬＤ
３１ 出射面
３１－１ 出射面
３１－２ 出射面
３１－３ 出射面
３３ 下面
３３－１ 下面
４０ 基板
４１ 上面（表面）
４２ 側面
４３ 底面（基板底面）
５０ ＰＬＣ（光導波路）
５１－１，５１－２，５１－３ コア
５１－４，５１－７ コア
５２ クラッド
５７－１，５７－２ 合流位置
６１ 入射面
６１－１ 入射面
６１－２ 入射面
６１－３ 入射面
６４ 出射面
７０ 隙間
７１ 第１金属層
７２ 第２金属層
７３ 第３金属層
７５ 金属層
７６ 金属層
８１，８２ 反射防止膜
１００ 集積光学モジュール
１０２ 本体
１０５ カバー
１１０ パッケージ
１８０ 土台
１８０ａ 上面（一内面）
１８２ 接着層

【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】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】

【図25】