JP7514094B2

JP7514094B2 - Integrated optical device, integrated optical module

Info

Publication number: JP7514094B2
Application number: JP2020056033A
Authority: JP
Inventors: 亮平福▲崎▼
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2020-03-26
Filing date: 2020-03-26
Publication date: 2024-07-10
Anticipated expiration: 2040-03-26
Also published as: JP2021157013A

Description

本発明は、集積光学装置、およびこれを用いた集積光学モジュールに関する。 The present invention relates to an integrated optical device and an integrated optical module using the same.

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。 As data traffic increases, optical communication systems and the various optical devices that utilize them in our daily lives are becoming increasingly multifunctional. Recently, there has been a demand for higher density along with increased functionality, and multifunctional, compact optical devices are being considered.

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、光モジュールの小型化が求められている。 In the field of optical communication systems, technological studies on silicon photonics are underway, which involves integrating light-emitting elements and light-receiving elements into silicon waveguides.
Additionally, there is a demand for miniaturized optical modules for multifunctional, portable devices such as wearable devices and small projectors.

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。 Conventionally, mirrors and lenses have been used to integrate multiple optical elements into one. For example, Patent Document 1 discloses an optical module in which a laser diode (LD), an optical lens, a total reflection wavelength filter, a wavelength separation filter, a fiber collimator, and a photodiode are integrated within a housing.

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。 In the optical module of Patent Document 1, the 1.3 μm wavelength light emitted from the LD passes through a condenser lens, a capillary, a collimator lens, a total reflection wavelength filter, is totally reflected by a wavelength separation filter, and is received by a fiber collimator. The 1.49 μm and 1.55 μm wavelength lights input from the fiber collimator pass through the wavelength separation filter and are separated from each other by the total reflection wavelength separation filter. The separated 1.55 μm light is folded back by the total reflection wavelength filter and enters the photodiode via the coupling lens. The separated 1.49 μm light enters the photodiode via the coupling lens.

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。 Patent document 2 also discloses an optical transmission/reception module that can multiplex light beams having predetermined wavelengths by inputting them into a wavelength multiplexer/demultiplexer that has wavelength selection filters and mirrors mounted on the front and back surfaces of a transparent substrate in accordance with the arrangement of the wavelength selection filters and mirrors.

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。 As a structure different from the integration using mirrors and lenses as in Patent Documents 1 and 2, Patent Documents 3 and 4, for example, disclose optical devices with a waveguide structure. In the multiplexer disclosed in Patent Document 3, any number of N fiber strands with thin cladding are fixed to a chip template, and the output ends of the multiple fiber strands are bundled together. Patent Document 4 discloses a hybrid integrated optical module that integrates a semiconductor chip having a semiconductor waveguide and mounted on a first substrate with a PLC chip.

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、紫外線硬化接着剤によって接着されている。 In the hybrid integrated optical module of Patent Document 4, the end face of the semiconductor chip facing the PLC chip and the end face of the PLC chip facing the semiconductor chip are separated from each other by a gap. In addition, the semiconductor chip and the PLC chip are bonded together with an ultraviolet-curing adhesive.

特開２００５－３０９３７０号公報JP 2005-309370 A 特開２００９－１０５１０６号公報JP 2009-105106 A 特開２０１６－１１８７５０号公報JP 2016-118750 A 特開２０１１－１０２８１９号公報JP 2011-102819 A

しかしながら、特許文献４に記載されている光モジュールでは、部品同士が紫外線硬化樹脂で接着されているため、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基板に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と電源とを基板上で接続する。そのとき、半導体チップに対してＰＬＣチップ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、半導体チップが滑落する虞があった。 However, in the optical module described in Patent Document 4, components are bonded together with an ultraviolet-curing resin, and the ultraviolet-curing adhesive expands and contracts due to temperature changes during the wire bonding process, etc., which may reduce the accuracy of the alignment between the bonded components and reduce the reliability of the integrated optical device. Also, in order to operate optical semiconductor elements such as LDs, electrical continuity with the substrate is required, and the optical semiconductor elements and power source are connected on the substrate using a method such as wire bonding. At that time, if the strength with which the PLC chip is fixed to the semiconductor chip is not sufficient, there is a risk that the semiconductor chip will slip off during wire bonding.

半導体チップ及びＰＬＣチップは通常、パッケージに搭載される。ワイヤーボンディングによる衝撃あるいは負荷は半導体チップ及びＰＬＣチップのうち、半導体チップ側にかかるが、この点を考慮してワイヤーボンディングによる衝撃に対する耐性を高める技術は知られていない。 The semiconductor chip and the PLC chip are usually mounted in a package. The impact or load caused by wire bonding is applied to the semiconductor chip of the semiconductor chip and the PLC chip, but there is no known technology that takes this into account to increase resistance to the impact caused by wire bonding.

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、ワイヤーボンディングの衝撃等に対する耐性が高い集積光学装置、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を目的とする。 The present invention was made in consideration of these circumstances, and aims to provide an integrated optical device that is highly resistant to shocks caused by wire bonding, and an integrated optical module that uses the same.

本発明の第１態様では、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、前記基台の表面に対して反対側の基台底面は、前記基板の表面に対して反対側の基板底面よりも突出した位置にあり、前記金属層は、前記他の金属層よりも融点の高い金属材料で構成されており、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、前記反射防止膜は、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。 In a first aspect of the present invention, an integrated optical device comprises a base, an optical semiconductor element provided on a surface of the base, a substrate, and an optical waveguide provided on a surface of the substrate, the optical waveguide being arranged so that an incident surface of the optical waveguide faces an exit surface of the optical semiconductor element, light emitted from the optical semiconductor element can be incident on the optical waveguide, the optical semiconductor element is connected to the base via a metal layer, the base is connected to the substrate via another metal layer, a base bottom surface opposite to the surface of the base is positioned to protrude more than a substrate bottom surface opposite to the surface of the substrate, the metal layer is made of a metal material having a higher melting point than the other metal layer , and an anti-reflection film is provided between the optical semiconductor element and the optical waveguide, the anti-reflection film being a multilayer film formed by alternately stacking layers at predetermined thicknesses corresponding to the wavelengths of red, green, and blue light that are incident light .

本発明の第３態様では、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つに集められている。 In a third aspect of the present invention, the integrated optical device includes a plurality of the optical semiconductor elements, each of which emits light having a different wavelength, and the optical waveguide is provided with a core into which each of the lights emitted by the optical semiconductor elements can enter, and the cores are gathered together just before reaching the exit surface of the optical waveguide.

本発明の第４態様では、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、金属または樹脂を含む接合層を介して前記パッケージに固定されている。 In a fourth aspect of the present invention, an integrated optical module includes an integrated optical device as described above and a package that houses the integrated optical device, and the integrated optical device is fixed to the package via a bonding layer that includes a metal or a resin.

本発明によれば、製造時において、光半導体素子が設けられた基台と、光導波路が設けられた基板との接続部分に、過剰な負荷が加わることのない集積光学装置、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。 The present invention provides an integrated optical device in which, during manufacturing, no excessive load is applied to the connection between the base on which the optical semiconductor element is mounted and the substrate on which the optical waveguide is mounted, and an integrated optical module using the same.

図１は、本発明の一実施形態の集積光学装置の斜視図である。FIG. 1 is a perspective view of an integrated optical device according to one embodiment of the present invention. 図２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。FIG. 2 is a cross-sectional view of the input surface of the PLC of the integrated optical device shown in FIG. 図３は、図１に示す集積光学装置の一部の平面図である。FIG. 3 is a plan view of a portion of the integrated optical device shown in FIG. 図４は、図１に示す集積光学装置においてＡ－Ａ´線で矢視した断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line AA' in the integrated optical device shown in FIG. 図５（ａ）及び図５（ｂ）は、図１に示す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。5A and 5B are cross-sectional views for explaining an example of a method for manufacturing the integrated optical device shown in FIG. 図６は、図１に示す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。FIG. 6 is a plan view of an integrated optical module in which the integrated optical device shown in FIG. 1 is packaged. 図７は、集積光学モジュールの側面図である。FIG. 7 is a side view of the integrated optical module. 図８は、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。FIG. 8 is a plan view of the integrated optical module with the cover removed. 図９は、集積光学モジュールの出射部側から見た側面図である。FIG. 9 is a side view of the integrated optical module as viewed from the emission side. 図１０は、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。FIG. 10 is a perspective view showing one form of the integrated optical module when in use.

以下、本発明を適用した一実施形態である集積光学装置、およびこれを用いた集積光学モジュール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。 The following describes an embodiment of the present invention, an integrated optical device, and an integrated optical module using the same, with reference to the drawings. Note that the embodiment described below is specifically described to provide a better understanding of the gist of the invention, and does not limit the present invention unless otherwise specified. Also, the drawings used in the following description may show important parts enlarged for the sake of convenience in order to make the features of the present invention easier to understand, and the dimensional ratios of each component may not necessarily be the same as in reality.

（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。 (Integrated Optical Device)
As shown in FIG. 1, the integrated optical device 10 of this embodiment comprises a subcarrier (base) 20, an LD (optical semiconductor element) 30 provided on an upper surface (surface) 21 of the subcarrier 20, a substrate 40, and a PLC (optical waveguide) 50 provided on an upper surface (surface) 41 of the substrate 40.

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、赤色光とは、ピーク波長が６１０ｎｍ以上７５０ｎｍ以下である光が使用可能であり、緑色光とは、ピーク波長が５００ｎｍ以上５６０ｎｍ以下である光が使用可能であり、青色光とは、ピーク波長が４３５ｎｍ以上４８０ｎｍ以下である光が使用可能である。 The integrated optical device 10 is a multiplexer that combines light of each of the three primary colors of light, red (R), green (G), and blue (B). The integrated optical device 10 can be used, for example, as a multiplexer mounted on a head-mounted display. The light source used, LD (optical semiconductor element) 30, is not limited to red (R), green (G), and blue (B). In this embodiment, the LD (optical semiconductor element) 30 of the three primary colors of light shown as an example can be various commercially available laser elements such as red light, green light, and blue light. It is sufficient to select appropriately according to the desired application. For example, red light can be light with a peak wavelength of 610 nm or more and 750 nm or less, green light can be light with a peak wavelength of 500 nm or more and 560 nm or less, and blue light can be light with a peak wavelength of 435 nm or more and 480 nm or less.

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。 The integrated optical device 10 includes an LD 30-1 that emits red light, an LD 30-2 that emits green light, and an LD 30-3 that emits blue light. The LDs 30-1, 30-2, and 30-3 are spaced apart from one another in a direction substantially perpendicular to the direction of emission of light from each LD, and are provided on the upper surface 21 of each subcarrier 20. The LD 30-1 is provided on the upper surface 21-1 of the subcarrier 20-1. The LD 30-2 is provided on the upper surface 21-2 of the subcarrier 20-2. The LD 30-3 is provided on the upper surface 21-3 of the subcarrier 20-3. In the following, regarding the symbol Z of any component of the integrated optical device 10, the contents common to the components of the symbols Z-1, Z-2, ..., Z-K may be collectively referred to as the symbol Z. The aforementioned K is a natural number of 2 or more.
Needless to say, light other than red (R), green (G), and blue (B) shown in this embodiment can also be used, and the order in which red (R), green (G), and blue (B) are mounted as described using the drawings does not necessarily have to be this order and can be changed as appropriate.

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、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。 The LD 30 is mounted on the subcarrier 20 as a bare chip. The subcarrier 20 is made of, for example, aluminum nitride (AlN), aluminum oxide (Al ₂ O ₃ ), silicon (Si), or the like. As shown in FIG. 4 , metal layers 75 and 76 are provided between the subcarrier 20 and the LD 30. The subcarrier 20 and the LD 30 are connected via the metal layers 75 and 76. As a method for forming the metal layers 75 and 76, any known method can be used, and there is no particular restriction on the method. For example, known methods such as sputtering, vapor deposition, and application of a metal paste can be used. The metal layers 75 and 76 are composed of one or more metals selected from the group consisting of, for example, gold (Au), platinum (Pt), silver (Ag), lead (Pb), indium (In), nickel (Ni), titanium (Ti) and tantalum (Ta), tungsten (W), an alloy of gold (Au) and tin (Sn), a tin (Sn)-silver (Ag)-copper (Cu) solder alloy (SAC), SnCu, InBi, SnPdAg, SnBiIn, and PbBiIn.

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。 The substrate 40 is made of silicon (Si). The PLC 50 is fabricated on the upper surface 41 by a semiconductor process including known photolithography and dry etching used for forming fine structures such as integrated circuits, so as to be integrated with the substrate 40. As shown in FIG. 1 and FIG. 2, the PLC 50 is provided with a plurality of cores 51-1, 51-2, 51-3, the number of which is the same as the number of LDs 30-1, 30-2, 30-3, and a clad 52 surrounding the cores 51-1, 51-2, 51-3. The thickness of the clad 52 and the width dimension of the cores 51-1, 51-2, 51-3 are not particularly limited. For example, the cores 51-1, 51-2, 51-3, each having a width dimension of about several microns, are disposed in the clad 52 having a thickness of about 50 μm.

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。 The cores 51-1, 51-2, 51-3 and the cladding 52 are made of, for example, quartz. The refractive index of the cores 51-1, 51-2, 51-3 is higher than the refractive index of the cladding 52 by a predetermined value. This allows light incident on each of the cores 51-1, 51-2, 51-3 to propagate through each core while being totally reflected at the interface between each core and the cladding 52. The cores 51-1, 51-2, 51-3 are doped with an impurity such as germanium (Ge) in an amount corresponding to the aforementioned predetermined value.

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。 Hereinafter, the emission direction of the light emitted from LD 30 is defined as the y direction. The direction perpendicular to the y direction in a plane including the y direction and in which LDs 30-1, 30-2, and 30-3 are arranged at intervals from one another is defined as the x direction. The direction perpendicular to the x and y directions and from the subcarrier 20 toward LD 30 is defined as the z direction. On the incident surface 61 of PLC 50, cores 51-1, 51-2, and 51-3 are arranged to align with the optical axes of the light emitted from LDs 30-1, 30-2, and 30-3 in the x and z directions.

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。 As shown in Figures 1 and 4, the cores 51-1, 51-2, and 51-3 are gathered together just before they reach the exit surface 64 of the PLC 50. That is, the cores 51-1, 51-2, and 51-3 approach each other successively as they move forward in the y direction, and merge into one core 51-4. It is preferable that the cores 51-1, 51-2, and 51-3 are each connected to the core 51-4 with a curvature radius equal to or greater than a predetermined radius of curvature so that light does not leak from the cores 51-1, 51-2, and 51-3.

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。 As shown in FIG. 3, the incident surface 61 of the PLC 50 is arranged to face the exit surface 31 of the LD 30. In detail, the exit surface 31-1 of the LD 30-1 faces the entrance surface 61-1 of the core 51-1. In the x direction and the z direction, the optical axis of the red light emitted from the LD 30-1 and the center of the entrance surface 61-1 are approximately overlapped. Similarly, the exit surface 31-2 of the LD 30-2 faces the entrance surface 61-2 of the core 51-2. In the x direction and the z direction, the optical axis of the green light emitted from the LD 30-2 and the center of the entrance surface 61-2 are approximately overlapped. The exit surface 31-3 of the LD 30-3 faces the entrance surface 61-3 of the core 51-3. In the x direction and the z direction, the optical axis of the blue light emitted from the LD 30-3 and the center of the entrance surface 61-3 are approximately overlapped. With this configuration and arrangement, at least a portion of the red light, green light, and blue light emitted from LDs 30-1, 30-2, and 30-3 can enter cores 51-1, 51-2, and 51-3.

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。 As shown in FIG. 1, the red, green, and blue light emitted from LDs 30-1, 30-2, and 30-3 are incident on cores 51-1, 51-2, and 51-3, respectively, and then propagate through each core. Cores 51-1 and 51-2 and the red and green light propagating through these cores join at a predetermined joining position 57-1 (see FIG. 3) behind joining position 57-2 in the y direction. Cores 51-1 and 51-2 join to form core 51-7 (see FIG. 3), and core 51-3 and the red, green, and blue light propagating through these cores join at joining position 57-2. The red, green, and blue light collected at joining position 57-2 propagate through core 51-4 and reach the exit surface 64. The three-color light emitted from the exit surface 64 is used, for example, as signal light, etc., depending on the intended use of the integrated optical device 10.

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。 As shown in FIG. 4, the subcarrier 20 is connected to the substrate 40 via a first metal layer 71, a second metal layer 72, and a third metal layer 73. In this embodiment, the side surface (first side surface) 22 (22-1, 22-2, 22-3) of the subcarrier 20 facing the substrate 40 and the side surface (second side surface) 42 of the substrate 40 facing the subcarrier 20 are connected via the first metal layer 71, the second metal layer 72, the third metal layer 73, and an anti-reflection film 81. The melting point of the metal layer 75 is higher than the melting point of the third metal layer 73.

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。 The first metal layer 71 is provided in contact with the side surface 22 by sputtering or vapor deposition, and is composed of one or more metals selected from the group consisting of gold (Au), platinum (Pt), silver (Ag), lead (Pb), indium (In), nickel (Ni), titanium (Ti), and tantalum (Ta). Preferably, gold (Au), platinum (Pt), silver (Ag), lead (Pb), indium (In), and nickel (Ni) are used for the first metal layer 71. The second metal layer 72 is provided in contact with the side surface 42 by sputtering or vapor deposition, and is composed of one or more metals selected from the group consisting of titanium (Ti), tantalum (Ta), and tungsten (W). Preferably, tantalum (Ta) is used for the second metal layer 72. The third metal layer 73 is interposed between the first metal layer 71 and the second metal layer 72, and is composed of one or more metals selected from the group consisting of aluminum (Al), copper (Cu), AuSn, SnCu, InBi, SnAgCu, SnPdAg, SnBiIn, and PbBiIn. Preferably, AuSn, SnAgCu, or SnBiIn is used for the third metal layer 73.

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。 The thickness of the first metal layer 71, i.e., the size of the first metal layer 71 in the y direction, is, for example, 0.01 μm or more and 5.00 μm or less. The thickness of the second metal layer 72, i.e., the size of the second metal layer 72 in the y direction, is, for example, 0.01 μm or more and 1.00 μm or less. The thickness of the third metal layer 73, i.e., the size in the y direction, is, for example, 0.01 μm or more and 5.00 μm or less. In addition, it is preferable that the thickness of the third metal layer 73 is greater than the thicknesses of the first metal layer 71 and the second metal layer 72.
In such a configuration, the aforementioned roles of the first metal layer 71, the second metal layer 72, and the third metal layer 73 are effectively realized, and the intrusion of the material of the first metal layer 71 into the substrate 40 and the decrease in the adhesive strength between the metal layers are suppressed.

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、ｚ方向の前側では第１金属層７１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、第１金属層７１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７１はサブキャリア２０より大きく形成されている。 In this embodiment, the first metal layer 71 is provided on the side surface facing the substrate 40 or the PLC 50 over substantially the entire area of the side surface 22 without contacting the metal layer 75. The front ends in the z direction of the second metal layer 72 and the third metal layer 73, i.e., the upper ends, reach the same position as the first metal layer 71 on the front side in the z direction. The rear ends in the z direction of the second metal layer 72 and the third metal layer 73, i.e., the lower ends, reach a position behind the first metal layer 71 and in front of the anti-reflection film 81. When viewed along the y direction, the first metal layer 71 is formed larger in the x direction than the subcarrier 20.

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るか、或いは第２金属層７２及び第３金属層７３の面積より小さいことが好ましい。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。 As in the above-described configuration, the area of the first metal layer 71, i.e., the size in the plane including the x-direction and z-direction, is preferably approximately the same as the area of the second metal layer 72 and the third metal layer 73, or smaller than the area of the second metal layer 72 and the third metal layer 73. In such a configuration, the connection strength of the subcarrier 20 to the substrate 40 is maximized.

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。 In this embodiment, an anti-reflection film 81 is provided between the LD 30 and the PLC 50. For example, the anti-reflection film 81 is integrally formed on the side surface 42 of the substrate 40 and the incident surface 61 of the PLC 50. However, the anti-reflection film 81 may be formed only on the incident surface 61 of the PLC 50.

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。 An anti-reflection film 82 is provided on the exit surface 64 in addition to the entrance surface 61. Note that FIG. 1 shows a schematic configuration of the integrated optical device 10, and the first metal layer 71, the second metal layer 72, the third metal layer 73, and the anti-reflection films 81 and 82 are omitted.

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。 The anti-reflection films 81 and 82 are films for preventing the incident light or outgoing light to the PLC 50 from being reflected in the opposite direction to the direction of entry from the incident surface 61 or the outgoing surface 64, and for increasing the transmittance of the incident light or outgoing light. The anti-reflection films 81 and 82 are multi-layer films formed by alternately stacking, for example, a plurality of types of dielectrics with predetermined thicknesses according to the wavelengths of the incident light, that is, red light, green light, and blue light. Examples of the aforementioned dielectrics include titanium oxide (TiO ₂ ), tantalum oxide (Ta ₂ O ₅ ), silicon oxide (SiO ₂ ), and aluminum oxide (Al ₂ O ₃ ).

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。なお、後述するように、集積光学装置１０をパッケージに収容し、収容部の内部空間に窒素（Ｎ_２）等の不活性ガスで封入すれば、隙間７０には不活性ガスが満たされる。 The emission surface 31 of the LD 30 and the incidence surface 61 of the PLC 50 are disposed at a predetermined interval. The incidence surface 61 faces the emission surface 31, and there is a gap 70 between the emission surface 31 and the incidence surface 61 in the y direction. Since the integrated optical device 10 is exposed to air, the gap 70 is filled with air. Considering that the integrated optical device 10 is used in a head mounted display and the amount of light required in the head mounted display, the size of the gap (spacing) 70 in the y direction is, for example, greater than 0 μm and less than or equal to 5 μm. As will be described later, if the integrated optical device 10 is housed in a package and the internal space of the housing is filled with an inert gas such as nitrogen (N ₂ ), the gap 70 will be filled with the inert gas.

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と反対側にある底面（基台底面）２３は、基板４０の上面（表面）４１と反対側にある底面（基板底面）４３よりも突出した位置になるように、サブキャリア（基台）２０が形成されている。例えば、サブキャリア２０の底面２３は、基板４０の底面４３よりも、図４中の下側に向かって、例えば０．１ｍｍ～２ｍｍ程度突出するように形成されている。 As shown in FIG. 4, in the integrated optical device 10 of this embodiment, the subcarrier (base) 20 is formed so that the bottom surface (base bottom surface) 23 opposite the top surface (surface) 21 of the subcarrier (base) 20 protrudes from the bottom surface (substrate bottom surface) 43 opposite the top surface (surface) 41 of the substrate 40. For example, the bottom surface 23 of the subcarrier 20 is formed to protrude, for example, by about 0.1 mm to 2 mm toward the lower side in FIG. 4, from the bottom surface 43 of the substrate 40.

本実施形態のように、サブキャリア２０の底面２３が基板４０の底面４３よりも突出するように形成することで、集積光学装置１０を製造する過程で、ＬＤ３０を動作させる配線となるワイヤーボンディングを形成する際に、サブキャリア２０だけに負荷が加わるため、サブキャリア２０と基板４０との接合部分（第１金属層７１，第２金属層７２，第３金属層７３）に過大な負荷が加わることを防止する。これによって、サブキャリア２０と基板４０との接合部分の強度を特に高めなくても、ＬＤ（光半導体素子）３０にワイヤーボンディングを形成する際にサブキャリア２０と基板４０とが分離するなどの不具合が生じることを防止できる。従って、ワイヤーボンディングの衝撃等に対する耐性が高い集積光学装置１０を実現できる。 In this embodiment, by forming the bottom surface 23 of the subcarrier 20 to protrude beyond the bottom surface 43 of the substrate 40, when forming the wire bonding that will be the wiring for operating the LD 30 during the process of manufacturing the integrated optical device 10, a load is applied only to the subcarrier 20, preventing excessive load from being applied to the joint portion (first metal layer 71, second metal layer 72, third metal layer 73) between the subcarrier 20 and the substrate 40. This prevents problems such as the subcarrier 20 and the substrate 40 separating when forming the wire bonding to the LD (optical semiconductor element) 30, even if the strength of the joint portion between the subcarrier 20 and the substrate 40 is not particularly increased. Therefore, an integrated optical device 10 with high resistance to impacts from wire bonding can be realized.

また、サブキャリア２０の底面２３が基板４０の底面４３よりも突出するように形成することで、サブキャリア２０の厚みを厚くすることができる。これによって、サブキャリア２０の表面積を増大させて、ＬＤ（光半導体素子）３０の動作で生じた熱を、サブキャリア２０から、より効率的に放熱することができる。 In addition, the thickness of the subcarrier 20 can be increased by forming the bottom surface 23 of the subcarrier 20 to protrude beyond the bottom surface 43 of the substrate 40. This increases the surface area of the subcarrier 20, allowing heat generated by the operation of the LD (optical semiconductor element) 30 to be dissipated more efficiently from the subcarrier 20.

次いで、集積光学装置１０の製造方法を簡単に説明する。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。 Next, a manufacturing method of the integrated optical device 10 will be briefly described. First, the bare chip LD 30 is mounted on the upper surface 21 of the subcarrier 20 using a known method. For example, a metal layer 75 is formed on the upper surface 21 of the subcarrier 20 by sputtering or deposition. Furthermore, a metal layer 76 is formed on the lower surface 33 of the LD 30 (for example, the lower surface 33-1 of the LD 30-1) by sputtering or deposition. Next, as shown in FIG. 5(a), for example, a laser beam from a laser 90 is irradiated onto the subcarrier 20, and only the subcarrier 20 is heated to a degree that does not melt or deform. The metal layers 75 and 76 are softened or melted by heat transfer from the subcarrier 20, and then cooled. As a result, the LD 30 is bonded to the upper surface 21 of the subcarrier 20 via the metal layers 75 and 76. In addition, before or after mounting the LD 30 on the subcarrier 20, a first metal layer 71 is formed on the side surface 22 of the subcarrier 20 using sputtering, vapor deposition, or the like.

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。 Next, the PLC 50 is formed on the upper surface 41 of the substrate 40 by a known semiconductor process.
Next, antireflection films 81, 82 and an antireflection film (not shown) are formed on the incident surface 61 and the exit surface 64. Furthermore, a second metal layer 72 and a third metal layer 73 are formed in this order behind the antireflection film 81 in the y direction by using sputtering, vapor deposition, or the like.

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の厚みが厚いため、サブキャリア２０の底面２３は、基板４０の底面４３よりも突出した位置に配置される。 Next, in the x and z directions, the emission surfaces 31 and incidence surfaces 61 of the corresponding LD 30 and cores 51-1, 51-2, and 51-3 are opposed to each other with a gap in the y direction. The optical axis of each color light emitted from the LD 30 is approximately aligned with the center of the incidence surface 61 of the corresponding core. At this time, since the thickness of the subcarrier 20 is large, the bottom surface 23 of the subcarrier 20 is positioned at a position protruding from the bottom surface 43 of the substrate 40.

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が、基板４０の底面４３よりも突出した位置にある集積光学装置１０を製造することができる。 Next, as shown in FIG. 5(b), laser light is irradiated from laser 90 onto subcarrier 20, and heat is transferred from subcarrier 20 to soften or melt first metal layer 71, second metal layer 72, and third metal layer 73. The relative positions of LD 30 and PLC 50 are adjusted, and subcarrier 20 on which LD 30 is mounted is bonded to substrate 40 on which PLC 50 is formed, so that bottom surface 23 of subcarrier 20 and bottom surface 43 of substrate 40 are on the same plane. Through these steps, integrated optical device 10 can be manufactured in which bottom surface 23 of subcarrier 20 protrudes from bottom surface 43 of substrate 40.

（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。 (Integrated Optical Module)
Next, an integrated optical module having the integrated optical device of this embodiment will be described.

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。 The integrated optical module 100 of this embodiment may be housed in, for example, a package 110, as shown in Figures 6 and 7. The integrated optical module 100 includes the integrated optical device 10 described above and a package 110. The package 110 includes a body 102 having a cavity structure and a cover 105 that covers the body 102.

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。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。 The main body 102 has a box-shaped housing portion 107 in which the integrated optical device 10 is housed, and an electrode portion 108 adjacent to the housing portion 107. The main body 102 is formed of, for example, ceramics. An opening is formed on the upper surface of the housing portion 107. A metal film 112 is formed on the upper surface of the housing portion 107 around the periphery of the opening when viewed from above. The cover 105 covers the opening formed on the upper surface of the housing portion 107 without any gaps via the metal film 112. When the housing portion 107 is hermetically sealed with the cover 105, an inert gas such as nitrogen (N ₂ ) is sealed in the internal space of the housing portion 107. That is, the housing portion 107 is hermetically sealed by the cover 105. The internal space of the housing portion 107 is filled with an inert gas. As a result, the gap 70 (see FIG. 4 ) is filled with the inert gas.

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。 The electrode unit 108 is disposed on the front side of the housing unit 107 in the y direction, i.e., rearward in the y direction. The top surface of the electrode unit 108 is located lower than the top surface of the housing unit 107. The bottom surface of the electrode unit 108 is located at approximately the same height as the bottom surface of the housing unit 107. A plurality of external electrode pads 210 are provided on the top surface of the electrode unit 108 at intervals in the x direction.

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と土台１８０の上面１８０ａに接合されており、同時に基板４０の底面（基板底面）４３が土台１８０の上面１８０ａに接合されていてもよい。 As shown in Figures 7 and 8, a base 180 for installing the integrated optical device 10 is provided at a predetermined position on the bottom wall portion 131 of the storage portion 107. The integrated optical device 10 is provided on the base 180. In other words, the integrated optical device 10 is disposed in the internal space of the storage portion 107. The integrated optical device 10 is bonded to the bottom surface (base bottom surface) 23 of the subcarrier (base) 20 and the top surface 180a of the base 180, and at the same time, the bottom surface (substrate bottom surface) 43 of the substrate 40 may be bonded to the top surface 180a of the base 180.

サブキャリア（基台）２０の底面（基台底面）２３は、土台１８０の上面１８０ａ（一内面）との間で接着層１８２ａを介して接合されていればよい。また、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１８２ｂを介して接合されていてもよい。
サブキャリア（基台）２０の底面２３は、基板４０の底面４３よりも突出しているので、接着層１８２ｂの厚みは、接着層１８２ａの厚みよりも厚くなるように形成されている。 The bottom surface (base bottom surface) 23 of the subcarrier (base) 20 may be bonded to the top surface 180a (one inner surface) of the base 180 via an adhesive layer 182a. The bottom surface (substrate bottom surface) 43 of the substrate 40 may be bonded to the top surface 180a (one inner surface) of the base 180 via an adhesive layer 182b.
Since the bottom surface 23 of the subcarrier (base) 20 protrudes from the bottom surface 43 of the substrate 40, the thickness of the adhesive layer 182b is formed to be thicker than the thickness of the adhesive layer 182a.

こうした接着層１８２ａ，１８２ｂ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１８２ａ，１８２ｂ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１８２ａ，１８２ｂは、一定以上の熱伝導性を保つために、熱伝導率が４Ｗ／ｍ・Ｋ以上にすることが好ましい。 The adhesive layers 182a and 182b are made of a material in which a filler is mixed into a resin in order to improve thermal conductivity. An example of the resin that constitutes the adhesive layers 182a and 182b is epoxy resin. Copper powder, aluminum powder, alumina powder, or the like can be used as a filler that improves the thermal conductivity of the resin.
In order to maintain a certain level of thermal conductivity, it is preferable that the adhesive layers 182a and 182b have a thermal conductivity of 4 W/m·K or more.

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。 A plurality of internal electrode pads 202 are provided at intervals in the x direction on the bottom wall portion 131 at a position between the base 180 below the subcarrier 20 and the external electrode pads 210 in the y direction.
The LD 30 and each of the subcarriers 20 and the internal electrode pads 202 corresponding to each LD 30 among the multiple internal electrode pads 202 are connected by wires 95 using a method such as wire bonding. For example, the LD 30-1 and each of the subcarriers 20-1 and each of the two internal electrode pads 202-1 are individually connected by wires 95-1. The LD 30-2 and each of the subcarriers 20-2 and each of the two internal electrode pads 202-2 are individually connected by wires 95-2. The LD 30-3 and each of the subcarriers 20-3 and each of the two internal electrode pads 202-3 are individually connected by wires 95-3.

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２０２－１２０２－２、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。 The internal electrode pads 202-1, 202-2, and 202-3 are each connected to a different external electrode pad 210. As described above, the external electrode pads 210 electrically connected to the internal electrode pads 202-1, 202-2, and 202-3 are electrically connected to a power supply (not shown) or the like. In other words, in the integrated optical device 10, the LD 30 and a power supply (not shown) are connected by the wire 95, the internal electrode pads 202-1, 202-2, and 202-3, and the external electrode pad 210. When power is supplied from a power supply (not shown) to the external electrode pads 210 corresponding to the internal electrode pads 202-1, 202-2, and 202-3, red light, green light, and blue light are emitted from the LDs 30-1, 30-2, and 30-3.

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。 An opening 133 is formed in the side wall 132 of the storage unit 107, which faces the emission surface 31 of the PLC 50 of the integrated optical device 10. The opening 133 is formed with its center at a position where the side wall 132 intersects with the optical axis of the three-color light emitted from the core 51-4 of the PLC 50. The opening 133 is formed larger than the size on the surface of the side wall 132 of the three-color light emitted from the core 51-4 and spread in the internal space of the storage unit 107. As shown in Figures 12 and 13, the opening 133 is tightly covered by the glass plate 220 from the outside of the side wall 132. In other words, the storage unit 107 is hermetically sealed by the glass plate 220 in addition to the cover 105. An anti-reflection film (not shown) is provided on both plate surfaces of the glass plate 220.

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。 The opening 133 is a window through which the three-color light emitted from the core 51-4 of the PLC 50 passes and propagates to the outside of the package 110. As shown in FIG. 14, the three-color light LL emitted from the core 51-4 of the PLC 50 passes through the opening 133 and the glass plate 220 while diffusing around the y direction, and travels toward the back side of the package 110 in the y direction, that is, toward the front in the y direction. For example, a collimating device 300 equipped with a collimating lens 310 can be disposed on the back side in the y direction of the side wall portion 132-1 of the package 110. By matching the distance between the exit surface 31 and the collimating lens 310 in the y direction to the focal length of the collimating lens 310 and aligning the center of the collimating lens 310 on the optical axis of the three-color light LL, the three-color light LL emitted from the core 51-4 is collimated and becomes parallel light.

以上、本発明の一実施形態を説明したが、こ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。この実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。 Although one embodiment of the present invention has been described above, this embodiment is presented as an example and is not intended to limit the scope of the invention. This embodiment can be implemented in various other forms, and various omissions, substitutions, and modifications can be made without departing from the gist of the invention. This embodiment and its variations are within the scope of the invention and its equivalents as described in the claims, as well as the scope and gist of the invention.

例えば、本実施形態の集積光学装置１０では、サブキャリア（基台）２０の上面（表面）２１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。 For example, in the integrated optical device 10 of this embodiment, three LDs (optical semiconductor elements) 30-1, 30-2, and 30-3 are provided on the upper surface (surface) 21 of the subcarrier (base) 20, but it is sufficient to provide at least one LD (optical semiconductor element) (for example, an LD that emits white light), or four or more LDs may be provided. In addition, the light emitted by each of the LDs (optical semiconductor elements) 30-1, 30-2, and 30-3 is not limited to red light, blue light, and green light, and LDs that emit light in any wavelength range can be used.

また例えば、集積光学モジュール１００は、パッケージ１１０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。 For example, the integrated optical module 100 can also have a heat sink or the like bonded to the bottom surface of the package 110. This allows the heat transferred from the integrated optical device 10 to the package 110 to be dissipated to the outside more efficiently.

また、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、少なくとも第１金属層７１の金属と第３金属層７３との合金層、及び／又は第２金属層７２の金属と第３金属層７３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の金属と第３金属層７３との合金層、及び／又は第２金属層７２の金属と第３金属層７３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の金属と第３金属層７３との合金層、及び／又は第２金属層７２と第３金属層７３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の金属と第３金属層７３との合金層、及び第２金属層７２の金属と第３金属層７３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において、第１金属層７１の金属と第３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つの合金層を形成する場合が挙げられる。 Also, for example, in the integrated optical device 10, the subcarrier 20 and the substrate 40 may be connected via a metal composite layer (not shown) including at least an alloy layer of the metal of the first metal layer 71 and the third metal layer 73, and/or an alloy layer of the metal of the second metal layer 72 and the third metal layer 73. "A metal composite layer including at least an alloy layer of the metal of the first metal layer 71 and the third metal layer 73, and/or an alloy layer of the metal of the second metal layer 72 and the third metal layer 73" means a layer that has in part an alloy layer of the metal of the first metal layer 71 and the third metal layer 73, and/or an alloy layer of the metal of the second metal layer 72 and the third metal layer 73, or a layer that is entirely composed of an alloy layer of the metal of the first metal layer 71 and the third metal layer 73, and an alloy layer of the metal of the second metal layer 72 and the third metal layer 73. As an example, in the integrated optical device 10, the metal of the first metal layer 71 and the metal of the third metal layer 73 are alloyed over part or all of the y direction to form a single alloy layer.

また、例えば、第２金属層７２の金属と、第３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と基板４０とを、第１金属層７１と第３金属層７３との合金層、及び第２金属層７２と第３金属層７３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。 For example, the metal of the second metal layer 72 and the metal of the third metal layer 73 may be alloyed over part or all of the y direction to form a single alloy layer. In these cases, the subcarrier 20 and the substrate 40 may be connected via either or both of the alloy layer between the first metal layer 71 and the third metal layer 73 and the alloy layer between the second metal layer 72 and the third metal layer 73. With this configuration, the subcarrier 20 and the substrate 40 may be connected more firmly by the alloy layer than by the conventional resin connection, thereby improving the reliability of the integrated optical device.

また、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。 Also, for example, in the integrated optical device 10, the subcarrier 20 and the LD 30 may be connected via a metal composite layer (not shown) including an alloy layer with at least the metal layers 75 and 76. The term "metal composite layer including an alloy layer with at least the metal layers 75 and 76" refers to a layer having an alloy layer with the metal layers 75 and 76 in a part thereof, or a layer entirely composed of the alloy layer. As an example, in the integrated optical device 10, the metal of the metal layer 75 and the metal of the metal layer 76 are alloyed over a part or the entirety of the z direction to form an alloy layer. When the metal of the metal layer 75 and the metal layer 76 are alloyed over a part of the z direction, the alloy layer of the metal layers 75 and 76 and either or both of the metal layers 75 and 76 are interposed between the subcarrier 20 and the LD 30. When the metal of metal layer 75 and the metal of metal layer 76 are alloyed over the entire z direction, substantially only the alloy layer is present between subcarrier 20 and LD. In addition, it is preferable that metal layer 75 and metal layer 76 are alloyed over the entire y direction to form an alloy layer, but this is not limited to such a configuration, and alloying may occur in a portion of the y direction to form an alloy layer.

サブキャリア２０と基板４０とを接続するためにサブキャリア２０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、基板４０、第１金属層７１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、基板４０、第１金属層７１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の加熱条件等によって、サブキャリア２０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。 The metal material interposed between the subcarrier 20 and the substrate 40 to connect the subcarrier 20 and the substrate 40 can be changed as appropriate depending on the materials of the subcarrier 20, the substrate 40, and the first metal layer 71. The thickness of the metal material of the metal layer and the alloy layer is also set as appropriate depending on the materials of the subcarrier 20, the substrate 40, and the first metal layer 71. The configuration of the metal composite layer interposed between the subcarrier 20 and the substrate 40 can change depending on the type and thickness of the metal material, the heating conditions of the subcarrier 20, etc. The metal composite layer may be a single alloy layer, a combination of a metal layer and an alloy layer, a combination of alloy layers with different compositions, or a multilayer structure that includes at least an alloy layer.

また、上述の集積光学装置１０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。 In addition, the integrated optical device 10 described above is described as a multiplexer that combines light of the three primary colors in the visible wavelength range, but the integrated optical device of the present invention is not limited to being a multiplexer and can be used widely in optical communication applications.

また、上述の集積光学装置１０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。 In addition, the integrated optical device 10 described above is capable of multiplexing the three primary colors in the visible wavelength range for use in applications such as wearable devices and small projectors, but the wavelength of light processed by the integrated optical device of the present invention is not limited to the visible wavelength range. For example, the wavelength range of light processed by the integrated optical device of the present invention may range from the visible wavelength range to the near-infrared wavelength range, or may be only the near-infrared wavelength range for use in optical communications. The materials of the substrate 40, PLC 50, and various metal and alloy layers can be selected according to the wavelength of light processed by the integration of the present invention.

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
２３底面（基台底面）
３０ＬＤ（光半導体素子）
３０－１ＬＤ
３０－２ＬＤ
３０－３ＬＤ
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）
５０ＰＬＣ（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）
１８２ａ，１８２ｂ接着層 10 Integrated optical device 20 Subcarrier (base)
20-1 Subcarrier (base)
20-2 Subcarrier (base)
20-3 Subcarrier (base)
21 Top surface 21-1 Top surface 21-2 Top surface 21-3 Top surface 22 Side surface 22-1 Side surface 22-2 Side surface 22-3 Side surface 23 Bottom surface (base bottom surface)
30 LD (optical semiconductor element)
30-1 LD
30-2 LD
30-3 LD
31: Emitting surface 31-1: Emitting surface 31-2: Emitting surface 31-3: Emitting surface 33: Lower surface 33-1: Lower surface 40: Substrate 41: Upper surface (front surface)
42 Side surface 43 Bottom surface (bottom surface of substrate)
50 PLC (Optical Waveguide)
51-1, 51-2, 51-3 Core 51-4, 51-7 Core 52 Clad 57-1, 57-2 Junction position 61 Incident surface 61-1 Incident surface 61-2 Incident surface 61-3 Incident surface 64 Exit surface 70 Gap 71 First metal layer 72 Second metal layer 73 Third metal layer 75 Metal layer 76 Metal layers 81, 82 Anti-reflection coating 100 Integrated optical module 102 Body 105 Cover 110 Package 180 Base 180a Top surface (one inner surface)
182a, 182b Adhesive layer

Claims

The base and
an optical semiconductor element provided on a surface of the base;
A substrate;
an optical waveguide provided on a surface of the substrate;
Equipped with
an incident surface of the optical waveguide is disposed opposite to an exit surface of the optical semiconductor element;
light emitted from the optical semiconductor element can be incident on the optical waveguide;
the optical semiconductor element is connected to the base via a metal layer,
the base is connected to the substrate via another metal layer;
a bottom surface of the base opposite to the surface of the base is located at a position protruding from a bottom surface of the substrate opposite to the surface of the substrate;
the metal layer is made of a metal material having a higher melting point than the other metal layer ,
An integrated optical device, comprising: an anti-reflection film provided between the optical semiconductor element and the optical waveguide; the anti-reflection film being a multi-layer film formed by alternately stacking layers of anti-reflection film at predetermined thicknesses corresponding to the wavelengths of the incident light, that is, red light, green light, and blue light .

A plurality of the optical semiconductor elements are provided,
the optical semiconductor elements emit light having different wavelengths;
the optical waveguide is provided with a core into which each of the light beams emitted from the plurality of optical semiconductor elements can be incident;
2. The integrated optical device according to claim 1 , wherein the plurality of cores are gathered together before reaching an emission surface of the optical waveguide.

3. An integrated optical module comprising: the integrated optical device according to claim 1 ; and a package accommodating the integrated optical device, the integrated optical device being fixed to the package via a bonding layer containing a metal or a resin.