CN114981697A - 集成光学装置、集成光学模块和集成光学装置的制造方法 - Google Patents

Abstract

集成光学装置具备：基座；设置于所述基座的表面的光半导体元件；基板；和设置于所述基板的表面的光波导，所述光波导的入射面配置成与所述光半导体元件的出射面相对，从所述光半导体元件出射的光能够入射到所述光波导，所述光半导体元件经由金属层与所述基座连接，所述基座经由其他的金属层与所述基板连接，与所述基座的表面相对的基座底面和与所述基板的表面相对的基板底面设置在大致同一平面上。

Description

集成光学装置、集成光学模块和集成光学装置的制造方法

技术领域

本发明涉及集成光学装置、使用该集成光学装置的集成光学模块和集成光学装置的制造方法。

本申请基于在2020年1月21日在日本申请的特愿2020-007205号和在2020年3月26日在日本申请的特愿2020-056032号主张优先权，并将其内容引用于此。

背景技术

随着数据流量的增加，光通信系统和利用了它们的随身的各种光设备的多功能化不断发展。最近，要求多功能化和高密度化，研究了多功能且小型的光器件。

在光通信系统中，正在进行硅光子学的技术研究。这是为了将发光元件、受光元件等集成到硅波导路径中。

另外，为了随身也能够携带可穿戴设备、小型投影仪等的多功能且随身携带的设备，而要求小型的光模块。

现有技术中，为了将多个光学元件集成化为1个，使用反射镜和透镜。例如，在专利文献1中公开了在壳体内集成有激光二极管(Laser Diode：LD)、光学透镜、全反射用波长滤波器、波长分离用滤波器、光纤准直器、光电二极管的光模块。

在这样的专利文献1的光模块中，从LD发出的波长1.3μm的光经过聚光透镜、毛细管、准直透镜而通过全反射用波长滤波器，由波长分离用滤波器全反射，由光纤准直器接收。从光纤准直器输入的波长1.49μm、1.55μm的光通过波长分离用滤波器后，被全反射用波长分离用滤波器相互分离。分离后的波长1.55μm的光通过全反射用波长滤波器折返，通过耦合透镜入射到光电二极管。分离后的波长1.49μm的光通过耦合透镜入射到光电二极管。

另外，在专利文献2中公开了一种光收发模块，其能够向在透明基板的正面和背面装载有波长选择滤波器和反射镜的波长合波分波器，与波长选择滤波器和反射镜的配置相匹配地入射多个具有规定的波长的光，并通过波长合波分波器进行合波。

作为与如专利文献1、2那样使用了反射镜、透镜的集成化不同的结构，例如在专利文献3、4中公开了具备波导结构的光器件。在专利文献3所公开的合波器中，具有任意的N根薄的包层的光纤素线固定于芯片型板，多个光纤素线的出射端相互捆束。在专利文献4中，公开了将具有半导体波导路径并装载在第1基板上的半导体芯片和PLC芯片一体化的混合集成光模块。

在专利文献4的混合集成光模块中，半导体芯片中与PLC芯片相对的端面和PLC芯片中与半导体芯片相对的端面隔开间隙而相互分离。另外，半导体芯片和PLC芯片通过紫外线固化粘接剂粘接。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2005-309370号公报。

专利文献2：日本特开2009-105106号公报。

专利文献3：日本特开2016-118750号公报。

专利文献4：日本特开2011-102819号公报。

发明内容

发明要解决的问题

然而，上述的专利文献1、2所公开的光器件的部件数多，具有各个部件的大小，使用反射镜、透镜由自由空间光学系统构成。如果考虑各个部件的大小、自由空间光学系统中的结构，则专利文献1、2所公开的光器件的小型化存在极限。与此相对，在如专利文献3、4所公开的那样使用了波导路径的集成光学装置中，与自由空间光学系统相比容易实现小型化。

然而，在专利文献4所记载的混合集成光模块1中，半导体芯片2与PLC芯片3、和Si工作台5与PLC基板6分别通过紫外线固化粘接剂8粘接(图1、段落0025等)。因此，产生由光源的引线接合的工序等引起的温度变化导致的紫外线固化粘接剂的膨胀、收缩，相互粘接的部件彼此的调芯精度降低，集成光学装置的可靠性有可能降低。另外，为了使LD等光半导体元件工作，需要导电，所以需要使用引线接合等方法将光半导体元件与基板上的电源连接。但是，如果将光半导体元件固定于光波导的强度不充分，则在进行引线接合时，光半导体元件有可能从光波导滑落。

另外，在半导体芯片2和PLC芯片3中产生的热主要通过装载这些芯片的封装而散热，但由于紫外线固化粘接剂的膨胀、收缩，半导体芯片2和PLC芯片3中的至少一者从封装件的分离变大，散热不充分，在具有温度依赖性的激光的发光中，存在无法得到稳定的激光的输出的问题。

本发明是考虑到这样的情况而完成的，其目的在于提供一种抑制激光发光的温度依赖性且提高了构成部件与封装件的接合强度的集成光学装置和使用了该集成光学装置的集成光学模块。

用于解决问题的技术手段

本发明的第1方式的集成光学装置具备：基座；光半导体元件，其设置于所述基座的表面；基板；和光波导，其设置于所述基板的表面，所述光波导的入射面配置成与所述光半导体元件的出射面相对，从所述光半导体元件出射的光能够入射到所述光波导，所述光半导体元件经由金属层与所述基座连接，所述基座经由其他的金属层与所述基板连接，与所述基座的表面相反侧的基座底面和与所述基板的表面相反侧的基板底面设置在大致同一平面上。

上述方式的集成光学装置也可以在所述光半导体元件与所述光波导之间设置有防反射膜。

上述方式的集成光学装置也能够具备多个所述光半导体元件，多个所述光半导体元件发出具有相互不同的波长的光，在所述光波导设置有能够供多个所述光半导体元件发出的光分别入射的芯，多个所述芯在到达所述光波导的出射面的跟前侧相互汇集为1个。

在上述方式的集成光学装置中，也可以是，所述基座具有第1至第3外表面，

所述第1外表面是所述基座的表面，所述光半导体元件安装于所述基座的所述第1外表面，所述半导体元件以与所述光波导光耦合的方式配置，所述基座的所述第2外表面经由金属层与所述基板的侧面连接，所述基座的所述第3外表面的至少一部分具有粗糙化区域。

在上述方式的集成光学装置中，也可以是，所述粗糙化区域的表面粗糙度大于所述第1外表面和第2外表面的表面粗糙度。

在上述方式的集成光学装置中，也可以是，所述粗糙化区域的最大截面高度(Rt)为5μm以上且50μm以下或5μm以上且30μm以下。

在上述方式的集成光学装置中，也可以是，所述基座是大致长方体，所述第2外表面是所述基座的第1侧面，所述第3外表面包含：与所述第1侧面相对的第2侧面；与所述第1侧面和第2侧面分别相邻且彼此相对的第3侧面和第4侧面；和与所述上表面相对的所述基座底面。

在上述方式的集成光学装置中，也可以是，所述粗糙化区域设置于所述第3侧面和第4侧面，所述第2侧面和所述基座底面是没有设置所述粗糙化区域的平滑面。

在上述方式的集成光学装置中，也可以是，所述粗糙化区域设置于所述第3侧面和第4侧面的整个面。

在上述方式的集成光学装置中，也可以是，所述粗糙化区域设置于比所述第1侧面与所述第2侧面的中间位置靠所述第1侧面的前部区域。

在上述方式的集成光学装置中，也可以是，所述粗糙化区域设置于比所述上表面与所述基座底面的中间位置靠所述基座底面的下部区域。

在上述方式的集成光学装置中，也可以具有2个以上的所述光半导体元件。

在上述方式的集成光学装置中，也可以是，所述光半导体元件具有输出红色光的第1光半导体元件、输出绿色光的第2光半导体元件和输出蓝色光的第3光半导体元件。

本发明的第2方式的集成光学模块具有：上述各项所记载的集成光学装置；和收纳所述集成光学装置的封装件，所述集成光学装置的所述基座底面和所述基板底面均经由包含金属或者树脂的接合层固定于所述封装件的一个内表面。

在上述方式的集成光学模块中，也可以是，所述接合层由在树脂中混合有填料的材料构成。

在上述方式的集成光学模块中，也可以是，所述接合层的热传导率为4W/m·K以上。

本发明的第3方式的集成光学装置的制造方法包括：准备基座，该基座具有第1外表面、第2外表面和第3外表面，在所述第1外表面安装有光半导体元件，在所述第2外表面设置有金属接合材料，在所述第3外表面的至少一部分形成有粗糙化区域，

在使所述基座的所述第2外表面与设置有光波导的基板的侧面抵接的状态下，一边对所述粗糙化区域照射激光，将所述金属接合材料与所述基座一起进行加热，一边调整所述光半导体元件的位置以与所述光波导光耦合，

通过停止所述激光的照射来冷却所述基座，将所述基座和所述基板进行金属接合，由此固定所述光半导体元件。

发明效果

根据本发明，能够提供一种将由光半导体元件的动作产生的热高效地散热，不会引起由温度变化引起的动作不稳定的集成光学装置、和使用了该集成光学装置的集成光学模块。

附图说明

图1是本发明的第1实施方式的集成光学装置的立体图。

图2是第1实施方式的集成光学装置的PLC的入射面的截面图。

图3是第1实施方式的集成光学装置的一部分的俯视图。

图4是在第1实施方式的集成光学装置中在A-A′线处向视观察的截面图。

图5是用于说明第1实施方式的集成光学装置的制造方法的一例的截面图。

图6是封装有第1实施方式的集成光学装置的集成光学模块的俯视图。

图7是集成光学模块的侧视图。

图8是将集成光学模块的外壳拆下后的状态的俯视图。

图9是从集成光学模块的出射部侧观察的侧视图。

图10是表示集成光学模块的使用时的一个方式的立体图。

图11是第2实施方式的集成光学装置的立体图。

图12是第2实施方式的集成光学装置的PLC的入射面的截面图。

图13是第2实施方式的集成光学装置的一部分的俯视图。

图14是在第2实施方式的集成光学装置中在B-B′线处向视观察的截面图。

图15是用于说明副载件的各面的表面粗糙度的图。

图16是用于说明第2实施方式的集成光学装置的制造方法的一例的截面图。

图17是用于说明第2实施方式的集成光学装置的制造方法的俯视图。

图18是表示第2实施方式的集成光学装置的LD的出射面与PLC的入射面的间隔和光利用效率的关系的曲线图。

图19是表示第2实施方式的集成光学装置的LD被引线接合的状态的俯视图。

图20是表示副载件的结构的变形例的展开图。

图21是表示副载件的结构的变形例的展开图。

图22是第3实施方式的集成光学装置的截面图。

图23是透视地表示封装有第3实施方式的集成光学装置的集成光学模块的结构的一例的大致立体图。

图24是表示本发明的验证例的热分布图。

图25是表示本发明的验证例的曲线图。

具体实施方式

以下，参照附图，对应用了本发明的一个实施方式进行说明。另外，以下所示的实施方式是为了更好地理解发明的主旨而具体说明的，只要没有特别指定，就不限定本发明。另外，在以下的说明中使用的附图，为了容易理解本发明的特征，方便起见，有时将成为主要部分的部分放大表示，各构成要素的尺寸比率等不一定与实际相同。即，在以下的说明中例示的材料、尺寸等是一个例子，本发明并不限定于此，能够在起到本发明的效果的范围内适当变更而实施。

[第1实施方式]

(集成光学装置)

如图1所示，本实施方式的集成光学装置10具备：副载件(基座)20；设置于副载件20的上表面(表面)21的LD(光半导体元件)30；基板40；和设置于基板40的上表面(表面)41的PLC(光波导)50。

集成光学装置10是使作为光的3原色的红(R)、绿(G)、蓝(B)的各色的光一致的合波器。集成光学装置10例如能够作为装载于头戴式显示器的合波器而应用。作为所使用的光源的LD(光半导体元件)30不限于红(R)、绿(G)、蓝(B)，在本实施方式中，作为例示而表示的光的3原色的LD(光半导体元件)30能够使用市售的红色光、绿色光、蓝色光等各种激光元件。只要根据所希望的用途适当选择即可，例如，红色光能够使用峰值波长为610nm以上且750nm以下的光，绿色光能够使用峰值波长为500nm以上且560nm以下的光，蓝色光能够使用峰值波长为435nm以上且480nm以下的光。

集成光学装置10具备发出红色光的LD30-1、发出绿色光的LD30-2和发出蓝色光的LD30-3。LD30-1、30-2、30-3在与从各个LD发出的光的出射方向大致正交的方向上相互隔开间隔地配置，设置于个别的副载件20的上表面21。LD30-1设置于副载件20-1的上表面21-1。LD30-2设置于副载件20-2的上表面21-2。LD30-3设置于副载件20-3的上表面21-3。以下，对于集成光学装置10的任意的构成要素的附图标记Z，对于符号Z-1、Z-2、……、Z-K的构成要素共同的内容，有时将它们统一记载为符号Z。上述的K是2以上的自然数。

此外，当然也能够使用作为本实施方式表示的红(R)、绿(G)、蓝(B)以外的光，关于使用附图说明的红(R)、绿(G)、蓝(B)的装载顺序，也无需是该顺序，能够适当变更。

LD30通过裸芯片安装于副载件20。副载件20例如由氮化铝(AlN)、氧化铝(Al₂O₃)、硅(Si)等构成。如图4所示，在副载件20与LD30之间设置有金属层75、76。副载件20与LD30经由金属层75、76连接。作为形成金属层75、76的方法，能够利用公知的方法，没有特别限制，能够利用溅射、蒸镀、涂敷糊化的金属等公知方法。金属层75、76例如包含选自金(Au)、铂(Pt)、银(Ag)、铅(Pb)、铟(In)、镍(Ni)、钛(Ti)和钽(Ta)、钨(W)、金(Au)与锡(Sn)的合金、锡(Sn)-银(Ag)-铜(Cu)系焊料合金(SAC)、SnCu、InBi、SnPdAg、SnBiIn和PbBiIn中的1种或多种金属，也可以由选自该组中的1种或多种金属构成。

基板40由硅(Si)构成。PLC50通过包括在形成集成电路等的微细结构时使用的公知的光刻、干式蚀刻的半导体工艺，在上表面41上与基板40一体地制作。如图1和图2所示，在PLC50设置有与构成光波导的LD30-1、30-2、30-3相同数量的芯51-1、51-2、51-3、和包围芯51-1、51-2、51-3的包层52。包层52的厚度和芯51-1、51-2、51-3的宽度方向尺寸没有特别限制。例如，在具有50μm左右的厚度的包层52中配设有具有数微米左右的宽度方向尺寸的芯51-1、51-2、51-3。

芯51-1、51-2、51-3和包层52例如由石英构成。芯51-1、51-2、51-3的折射率比包层52的折射率高出规定值。由此，入射到各个芯51-1、51-2、51-3的光一边在各芯与包层52的界面全反射，一边在各芯中传播。在芯51-1、51-2、51-3中，以与上述的规定值相对应的量掺杂有例如锗(Ge)等杂质。

以下，将从LD30发出的光的出射方向设为y方向。将在包含y方向的面内与y方向正交且LD30-1、30-2、30-3相互隔开间隔地配置的方向设为x方向。将与x方向和y方向正交且从副载件20朝向LD30的方向设为z方向。在PLC50的入射面61上，芯51-1、51-2、51-3在x方向和z方向上与从LD30-1、30-2、30-3发出的光的光轴一致地配置。

如图1和图4所示，芯51-1、51-2、51-3在到达PLC50的出射面64的跟前侧相互汇集为1个。即，芯51-1、51-2、51-3随着朝向y方向的前方而依次相互接近，并与1个芯51-4汇合。为了不产生来自芯51-1、51-2、51-3的漏光，优选芯51-1、51-2、51-3分别以规定的曲率半径以上的曲率半径与芯51-4连接。

如图3所示，PLC50的入射面61以与LD30的出射面31相对的方式配置。更具体地，LD30-1的出射面31-1与芯51-1的入射面61-1相对。在x方向和z方向上，从LD30-1发出的红色光的光轴与入射面61-1的中心大致重叠。同样地，LD30-2的出射面31-2与芯51-2的入射面61-2相对。在x方向和z方向上，从LD30-2发出的绿色光的光轴与入射面61-2的中心大致重叠。LD30-3的出射面31-3与芯51-3的入射面61-3相对。在x方向和z方向上，从LD30-3发出的蓝色光的光轴与入射面61-3的中心大致重叠。通过这样的结构和配置，从LD30-1、30-2、30-3发出的红色光、绿色光、蓝色光中的至少一部分能够入射到芯51-1、51-2、51-3。

如图1所示，从LD30-1、30-2、30-3发出的红色光、绿色光、蓝色光分别入射到芯51-1、51-2、51-3之后，在各芯中传播。芯51-1、51-2和在这些芯中传播的红色光和绿色光在比汇合位置57-2靠y方向的后方的规定的汇合位置57-1(参照图3)汇合。芯51-1、51-2彼此汇合而成的芯51-7(参照图3)、芯51-3和在这些芯中传播的红色光、绿色光和蓝色光在汇合位置57-2汇合。在汇合位置57-2聚光的红色光、绿色光和蓝色光在芯51-4中传播，到达出射面64。从出射面64出射的3色光例如根据集成光学装置10的使用目的而被用作信号光等。

如图4所示，副载件20经由第1金属层71、第2金属层72、第3金属层73与基板40连接。在本实施方式中，副载件20中与基板40相对的侧面(第1侧面)22(22-1、22-2、22-3)和基板40中与副载件20相对的侧面(第2侧面)42经由第1金属层71、第2金属层72、第3金属层73、防反射膜81连接。金属层75的熔点高于第3金属层73的熔点。

第1金属层71通过溅射或蒸镀等以与侧面22抵接的状态设置，例如包含选自由金(Au)、铂(Pt)、银(Ag)、铅(Pb)、铟(In)、镍(Ni)、钛(Ti)和钽(Ta)构成的组中的1种或多种金属，也可以由选自该组中的1种或多种金属构成。优选第1金属层71包含选自金(Au)、铂(Pt)、银(Ag)、铅(Pb)、铟(In)、镍(Ni)中的至少1种金属。第2金属层72以通过溅射或蒸镀等与侧面42抵接的状态设置，包含例如选自由钛(Ti)、钽(Ta)和钨(W)构成的组中的1种或多种金属，也可以由选自该组中的1种或多种金属构成。优选第2金属层72使用钽(Ta)。第3金属层73介于第1金属层71与第2金属层72之间，例如包含选自由铝(Al)、铜(Cu)、AuSn、SnCu、InBi、SnAgCu、SnPdAg、SnBiIn和PbBiIn构成的组中的1种或多种金属，也可以由选自该组中的1种或多种金属构成。优选第3金属层73使用AuSn、SnAgCu、SnBiIn。

第1金属层71的厚度、即第1金属层71的y方向的大小例如为0.01μm以上且5.00μm以下。第2金属层72的厚度、即第2金属层72的y方向的大小例如为0.01μm以上且1.00μm以下。第3金属层73的厚度、即y方向的大小例如为0.01μm以上且5.00μm以下。另外，第3金属层73的厚度优选大于第1金属层71和第2金属层72的各厚度。在这样的结构中，良好地体现第1金属层71、第2金属层72、第3金属层73的上述各作用，能够抑制第1金属层71的材料相对于基板40的进入和各金属层彼此的粘接强度的降低。第1金属层71、第2金属层72和第3金属层73的厚度例如通过分光椭偏仪来测量。

在本实施方式中，第1金属层71在不与金属层75接触的状态下，在侧面22的大致整个区域中设置于与基板40或PLC50相对的侧面。第2金属层72和第3金属层73的z方向的前端、即上端例如在z方向的前侧到达与第1金属层71的上端相同的位置。第2金属层72和第3金属层73的z方向的后端、即下端例如到达与副载件20、第1金属层71和基板40的下端相同的位置。在沿着y方向观察时，在x方向上第1金属层71形成得比副载件20大。

如前述的结构那样，优选第1金属层71的面积、即包含x方向和z方向的面内的大小与第2金属层72和第3金属层73的面积大致相同，并且其下端到达与副载件20的下端相同的位置。在这样的结构中，能够最大限度地确保副载件20相对于基板40的连接强度。即，例如后述那样，即使在使用引线接合利用引线95将LD30及副载件20各自和多个内部电极焊盘202中的与各LD30对应的内部电极焊盘202连接的情况下，也能够抑制副载件20与基板40的连接被解除。另外，通过使副载件20、第1金属层71、第2金属层72、第3金属层73和基板40的下端到达相同的位置，能够增加来自副载件20的散热路径。另外，第1金属层71的面积也可以小于第2金属层72和第3金属层73的面积。

在本实施方式的集成光学装置10中，在LD30与PLC50之间设置有防反射膜81。例如，防反射膜81一体地形成于基板40的侧面42和PLC50的入射面61。但是，防反射膜81也可以仅形成于PLC50的入射面61。

在集成光学装置10中，除了入射面61之外，在出射面64上也设置有防反射膜82。另外，在图1中，表示了集成光学装置10的概略结构，省略了第1金属层71、第2金属层72、第3金属层73和防反射膜81、82。

防反射膜81、82是用于防止向PLC50入射的入射光或出射光向与从入射面61或出射面64进入各面的方向相反的方向反射，并提高入射光或出射光的透射率的膜。防反射膜81、82例如是通过将多种电介质以与作为入射光的红色光、绿色光、蓝色光的波长对应的规定的厚度交替层叠而形成的多层膜。作为上述电介质，例如可举出氧化钛(TiO₂)、氧化钽(Ta₂O₅)、氧化硅(SiO₂)、氧化铝(Al₂O₃)等。

LD30的出射面31与PLC50的入射面61以规定的间隔配置。入射面61与出射面31相对，在y方向上，在出射面31与入射面61之间存在间隙70。由于集成光学装置10在空气中露出，所以在间隙70中充满空气。如果改变集成光学装置10用于头戴式显示器的点和头戴式显示器所要求的光量等，则间隙(间隔)70的y方向的大小例如大于0μm且为5μm以下。

如图4所示，本实施方式的集成光学装置10设置成，与副载件(基座)20的上表面(表面)21相对的底面(基座底面)23和与基板40的上表面(表面)41相对的底面(基板底面)43相互位于大致同一平面S上。在本实施方式的集成光学装置10中，副载件(基座)20与基板40经由金属层连接，所以与通过粘接剂连接的结构的专利文献4的混合集成光模块相比，显著抑制了由加热工序引起的位置偏差的产生。

另外，这里所说的大致同一平面S是指允许底面(基座底面)23与底面(基板底面)43之间的微小的偏差。具体而言，相对于基板40的沿着z方向的厚度允许20μm以下的范围的偏差，但偏差越小越好，更优选为10μm以下，进一步优选为5μm以下。

如本实施方式那样，如果副载件20的底面23与基板40的底面43形成为处于大致同一平面S上，则能够将副载件20与基板40两者接合于例如封装件、散热器的一平面上。由此，与副载件的底面和基板的底面不在大致同一平面上、仅能够在任一者的底面接合的现有的集成光学装置相比，本实施方式的集成光学装置10能够将在LD(光半导体元件)30的动作中产生的热在副载件20的底面23和基板40的底面43两者高效地散热。

另外，如本实施方式那样，通过将副载件20的底面23和基板40的底面43设置在大致同一平面S上，在将集成光学装置10接合在其他基板等的一个平面上时，能够利用副载件20的底面23和基板40的底面43这两者接合在基板等的一个平面上，所以能够将接合强度保持得较高，能够实现耐冲击性优异的集成光学装置10。

例如，在副载件的底面与基板的底面相比位于+z方向的情况下，即，在副载件的底面与基板的底面相比从封装件110的底座180(参照图7)向上方分离地配置的情况下，副载件的第1侧面的大小较小，无法高效地进行散热，另外，在与基板的接合强度不充分地进行了后述的引线接合的情况下，存在副载件滑落的情况。然而，在本实施方式的集成光学装置10中，能够充分地确保侧面22的大小，充分地进行来自底面23和侧面22的散热、与基板40的接合，所以能够提高散热性、耐冲击性。通过提高耐冲击性，例如LD30相对于PLC50被维持在最佳的位置。因此，能够使集成光学装置10发挥希望的光利用效率和光学特性，提高集成光学装置10的可靠性。

接着，简单说明集成光学装置10的制造方法。图5是用于说明集成光学装置10的制造方法的图。首先，使用公知的方法将裸芯片的LD30安装于副载件20的上表面21。例如，使用溅射或蒸镀等在副载件20的上表面21形成金属层75。并且，在LD30的下表面33(例如，LD30-1的下表面33-1)，使用溅射或蒸镀等形成金属层76。接着，如图5的(a)所示，例如，从激光器90向副载件20照射激光，仅将副载件20加热到不熔融和变形的程度。通过来自副载件20的传热，使金属层75、76软化或熔融，之后进行冷却。由此，LD30经由金属层75、76接合于副载件20的上表面21。另外，在LD30向副载件20安装前或安装后，使用溅射或蒸镀等在副载件20的侧面22形成第1金属层71。

接着，在基板40的上表面41，通过公知的半导体工艺形成PLC50。接着，在入射面61和出射面64上形成防反射膜81、82、未图示的防反射膜。进而，在防反射膜81的y方向的后方，使用溅射或蒸镀等依次形成第2金属层72、第3金属层73。

接着，在x方向和z方向上，使相互对应的LD30、芯51-1、51-2、51-3的出射面31和入射面61在y方向上隔开间隔地相对。使从LD30发出的各色光的光轴与对应的芯的入射面61的中心大致重叠。此时，以使副载件20的底面23与基板40的底面43处于大致同一平面上的方式，将副载件20的底面23与基板40的底面43对齐配置。

接着，如图5的(b)所示，从激光器90向副载件20照射激光，利用来自副载件20的传热使第1金属层71、第2金属层72和第3金属层73软化或熔融。调整LD30与PLC50的相对位置，且以使副载件20的底面23与基板40的底面43处于大致同一平面上的方式，将安装有LD30的副载件20接合于形成有PLC50的基板40。经过这样的工序，能够制造副载件20的底面23与基板40的底面43相互位于大致同一平面上的集成光学装置10。

(集成光学模块)

接着，对具有本实施方式的集成光学装置的集成光学模块进行说明。

如图6、图7所示，本实施方式的集成光学模块100例如也可以收纳于封装件110。集成光学模块100具备上述的集成光学装置10和封装件110。封装件110具备：具有腔结构的主体102；和覆盖主体102的外壳105。

主体102具有收纳集成光学装置10的箱状的收纳部107和与收纳部107相邻的电极部108。主体102例如由陶瓷等形成。在收纳部107的上表面形成有开口。在俯视观察时，在开口的周缘的收纳部107的上表面形成有科瓦铁镍钴合金等金属膜112。外壳105隔着金属膜112无间隙地覆盖形成于收纳部107的上表面的开口。在利用外壳105对收纳部107进行气密密封时，在收纳部107的内部空间封入有氮(N₂)等惰性气体。即，收纳部107被外壳105气密密封。收纳部107的内部空间被惰性气体充满。由此，在间隙70(参照图4)中充满惰性气体。

电极部108配置于收纳部107的y方向上的跟前侧、即y方向的后方。电极部108的上表面位于比收纳部107的上表面靠下的位置。电极部108的底面位于与收纳部107的底面大致相同的高度。在电极部108的上表面，在x方向上隔开间隔地设置有多个外部电极焊盘210。

如图7、图8所示，在收纳部107的底壁部131的规定的位置设置有用于设置集成光学装置10的底座180。集成光学装置10设置在底座180上。即，集成光学装置10配置于收纳部107的内部空间。集成光学装置10形成为副载件(基座)20的底面(基座底面)23和基板40的底面(基板底面)43彼此位于大致同一平面S上，所以集成光学装置10的副载件20和基板40均与底座180的上表面180a(一个内表面)接合。

副载件(基座)20的底面(基座底面)23和基板40的底面(基板底面)43只要在与底座180的上表面180a(一个内表面)之间经由粘接层182接合即可。为了提高热传导性，该粘接层182使用在树脂中混合有填料的材料。作为构成粘接层182的树脂，例如可举出环氧树脂。另外，作为提高树脂的热传导性的填料，能够使用铜粉末、铝粉末、氧化铝粉末等。

此外，为了保持一定以上的热传导性，这样的粘接层182的热传导率优选为0.5W/m·K以上，热传导率优选为1W/m·K以上，热传导率进一步优选为4W/m·K以上。

这样，通过将集成光学装置10的副载件(基座)20和基板40这两者与封装件110的底座180的上表面180a接合，能够将由LD30的动作产生的热从副载件(基座)20的底面(基座底面)23和基板40的底面(基板底面)43这两者向底座180高效地散热。另外，进而通过使用由混合有填料的树脂构成的粘接层将副载件(基座)20的底面(基座底面)23和基板40的底面(基板底面)43这两者接合，能够使热从副载件(基座)20的底面(基座底面)23和基板40的底面(基板底面)43这两者向底座180高效地传递。

在y方向上副载件20的下方的底座180与外部电极焊盘210之间的位置的底壁部131，在x方向上隔开间隔地设置有多个内部电极焊盘202。

LD30和副载件20各自与多个内部电极焊盘202中的与各LD30对应的内部电极焊盘202使用引线接合等方法通过引线95连接。例如，LD30-1和副载件20-1各自与2个内部电极焊盘202-1各自通过引线95-1单独地连接。LD30-2和副载件20-2各自与2个内部电极焊盘202-2各自通过引线95-2单独地连接。LD30-3和副载件20-3各自与2个内部电极焊盘202-3各自通过引线95-3单独地连接。

内部电极焊盘202-1、202-2、202-3分别与相互不同的外部电极焊盘210连接。如上所述，与内部电极焊盘202-1、202-2、202-3分别电连接的外部电极焊盘210与未图示的电源等电连接。即，在集成光学装置10中，LD30和未图示的电源通过引线95、内部电极焊盘202-1、202-2、202-3和外部电极焊盘210连接。通过从未图示的电源向与内部电极焊盘202-1、202-2、202-3分别对应的外部电极焊盘210供给电力，从LD30-1、30-2、30-3出射红色光、绿色光、蓝色光。

在收纳部107的侧壁部132中的与集成光学装置10的PLC50的出射面31相对的侧壁部132形成有开口133。开口133在侧壁部132中以与从PLC50的芯51-4出射的3色光的光轴交叉的位置为大致中心而形成。开口133形成得比从芯51-4出射并在收纳部107的内部空间扩散的3色光在侧壁部132的表面上的大小大。如图12和图13所示，开口133被玻璃板220从侧壁部132的外方无间隙地覆盖。即，收纳部107除了由外壳105气密密封以外，还由玻璃板220气密密封。在玻璃板220的两板面设置有未图示的防反射膜。

开口133是用于供从PLC50的芯部51-4出射的3色光通过并向封装件110的外部传播的窗。如图14所示，从PLC50的芯51-4出射的3色光LL一边以y方向为中心扩散，一边通过开口133和玻璃板220，在封装件110的y方向上向里侧、即y方向的前方行进。例如，能够在封装件110的侧壁部132-1的y方向上的里侧配置具备准直透镜310的准直装置300。使y方向上的出射面31与准直透镜310的距离与准直透镜310的焦距一致，使准直透镜310的中心与3色光LL的光轴上一致，由此，从芯51-4出射的3色光LL被准直，成为平行光。

[第2实施方式]

(集成光学装置)

图11～图14是用于说明第2实施方式的集成光学装置10A的图。图11是集成光学装置10A的立体图。图12是图11所示的集成光学装置10A的PLC50的入射面61的截面图。图13是图11所示的集成光学装置10A的一部分的俯视图。图14是在图11所示的集成光学装置10A中在B-B′线处向视观察的截面图。图15是用于说明副载件20的各面的表面粗糙度的图。第2实施方式的集成光学装置10A的副载件420的结构与第1实施方式的集成光学装置10的副载件20不同。在集成光学装置10A中，对与集成光学装置10相同的结构标注相同的附图标记，有时省略说明。

如图11所示，本实施方式的集成光学装置10A具备：副载件(基座)420；设置于副载件420的上表面421的LD(光半导体器件)30；基板40；和设置于基板40的上表面41的PLC(光波导器件)50。

集成光学装置10A是使作为光的3原色的红(R)、绿(G)、蓝(B)的各色的光一致的合波器。因此，集成光学装置10A具备发出红色光的LD30-1、发出绿色光的LD30-2和发出蓝色光的LD30-3。这样的集成光学装置10A例如能够作为装载于头戴式显示器、智能眼镜的合波器而应用。在本实施方式中，红色光是指峰值波长为690nm以上且710nm以下的光。绿色光是指峰值波长为535nm以上555nm以下的光。蓝色光是指峰值波长为425nm以上且445nm以下的光。

LD30-1、30-2、30-3在与从各个LD发出的光的出射方向大致正交的方向上相互隔开间隔地配置，设置于单独的副载件420的上表面421。LD30-1设置于副载件420-1的上表面421-1。LD30-2设置于副载件420-2的上表面421-2。LD30-3设置于副载件420-3的上表面421-3。以下，关于集成光学装置10A的任意的构成要素的附图标记Z，关于附图标记Z-1、Z-2、……、Z-K的构成要素共同的内容，有时将它们统一记载为附图标记Z。上述的K是2以上的自然数。

LD30通过裸芯片安装于副载件420。副载件420例如由氮化铝(AlN)、氧化铝(Al₂O₃)、硅(Si)等构成。如图14所示，在副载件420与LD30之间设置有金属层75、76。副载件420和LD30经由金属层75、76连接。

作为形成金属层75、76的方法，能够利用公知的方法，没有特别限制，能够利用溅射、蒸镀、涂敷糊化的金属等公知方法。金属层75、76例如由选自金(Au)、铂(Pt)、银(Ag)、铅(Pb)、铟(In)、镍(Ni)、钛(Ti)和钽(Ta)、钨(W)、金(Au)与锡(Sn)的合金、锡(Sn)-银(Ag)-铜(Cu)系焊料合金(SAC)、SnCu、InBi、SnPdAg、SnBiIn和PbBiIn中的1种或多种金属构成。

基板40由硅(Si)构成。PLC50通过包括在形成集成电路等的微细结构时使用的公知的光刻、干式蚀刻的半导体工艺，在上表面41上与基板40一体地制作。如图11和图12所示，在PLC50设置有与构成光波导的LD30-1、30-2、30-3相同数量的芯51-1、51-2、51-3、和包围芯51-1、51-2、51-3的包层52。包层52的厚度和芯51-1、51-2、51-3的宽度没有特别限制。例如，在具有50μm左右的厚度的包层52中配设有具有数微米左右的宽度的芯51-1、51-2、51-3。

芯51-1、51-2、51-3和包层52例如由石英构成。芯51-1、51-2、51-3的折射率比包层52的折射率高出规定值。由此，入射到各个芯51-1、51-2、51-3的光一边在各芯与包层52的界面全反射，一边在各芯传播。在芯51-1、51-2、51-3中，以与上述的规定值相对应的量掺杂有例如锗(Ge)等杂质。

以下，将从LD30发出的光的出射方向设为y方向。将在包含y方向的面内与y方向正交且LD30-1、30-2、30-3相互隔开间隔地配置的方向设为x方向。将与x方向和y方向正交且从副载件420朝向LD30的方向设为z方向。在PLC50的入射面61上，芯51-1、51-2、51-3在x方向和z方向上与从LD30-1、30-2、30-3发出的光的光轴一致地配置。

如图11和图13所示，芯51-1、51-2、51-3在到达PLC50的出射面64的跟前侧汇集为1个。即，芯51-1、51-2、51-3随着朝向y方向的前方而依次相互接近，并与1个芯51-4汇合。为了不产生来自芯51-1、51-2、51-3的漏光，优选芯51-1、51-2、51-3分别以规定的曲率半径以上的曲率半径与芯51-4连接。

如图13所示，PLC50的入射面61以与LD30的出射面31相对的方式配置。更具体地，LD30-1的出射面31-1与芯51-1的入射面61-1相对。在x方向和z方向上，从LD30-1发出的红色光的光轴与入射面61-1的中心大致重叠。LD30-2的出射面31-2与芯51-2的入射面61-2相对。在x方向和z方向上，从LD30-2发出的绿色光的光轴与入射面61-2的中心大致重叠。LD30-3的出射面31-3与芯51-3的入射面61-3相对。在x方向和z方向上，从LD30-3发出的蓝色光的光轴与入射面61-3的中心大致重叠。通过这样的结构和配置，从LD30-1、30-2、30-3发出的红色光、绿色光、蓝色光中的至少一部分能够入射到芯51-1、51-2、51-3。

如图11所示，从LD30-1、30-2、30-3发出的红色光、绿色光、蓝色光分别入射到芯51-1、51-2、51-3之后，在各芯中传播。芯51-1、51-2和在这些芯中传播的红色光和绿色光在比汇合位置57-2靠y方向的后方的规定的汇合位置57-1(参照图13)汇合。芯51-1、51-2彼此汇合而成的芯51-7(参照图13)、芯51-3和在这些芯中传播的红色光、绿色光和蓝色光在汇合位置57-2汇合。在汇合位置57-2聚光的红色光、绿色光和蓝色光在芯51-4中传播，到达出射面64。从出射面64出射的3色光例如根据集成光学装置10A的使用目的而被用作信号光等。

如图14所示，副载件420经由第1金属层71、第2金属层72、第3金属层73与基板40连接。在本实施方式中，与基板40相对的副载件420的侧面(第1侧面)422(422-1、422-1、422-3)经由第1金属层71、第2金属层72、第3金属层73、防反射膜81而与基板40的侧面42连接。金属层75的熔点高于第3金属层73的熔点。

第1金属层71通过溅射或蒸镀等以与第1侧面422抵接的状态设置，例如由选自金(Au)、铂(Pt)、银(Ag)、铅(Pb)、铟(In)、镍(Ni)、钛(Ti)和钽(Ta)中的1种或多种金属构成。优选第1金属层71使用金(Au)、铂(Pt)、银(Ag)、铅(Pb)、铟(In)、镍(Ni)。第2金属层72通过溅射或蒸镀等以与侧面42抵接的状态设置，例如由选自钛(Ti)、钽(Ta)和钨(W)中的1种或多种金属构成。优选第2金属层72使用钽(Ta)。第3金属层73介于第1金属层71与第2金属层72之间，例如由选自铝(Al)、铜(Cu)、AuSn、SnCu、InBi、SnAgCu、SnPdAg、SnBiIn和PbBiIn中的1种或多种金属构成。优选第3金属层73使用AuSn、SnAgCu、SnBiIn。

第1金属层71的厚度、即第1金属层71的y方向的大小例如为0.01μm以上且5.00μm以下。第2金属层72的厚度、即第2金属层72的y方向的大小例如为0.01μm以上且1.00μm以下。第3金属层73的厚度、即y方向的大小例如为0.01μm以上且5.00μm以下。另外，第3金属层73的厚度优选大于第1金属层71和第2金属层72的各厚度。在这样的结构中，良好地体现第1金属层71、第2金属层72、第3金属层73的上述各作用，能够抑制第1金属层71的材料相对于基板40的进入和各金属层彼此的粘接强度的降低。

在本实施方式中，第1金属层71在不与金属层75接触的状态下，在第1侧面422的大致整个区域中设置于与基板40或PLC50相对的侧面。第2金属层72和第3金属层73的z方向的前端、即上端在z方向的前侧到达与第1金属层71的上端相同的位置。第2金属层72和第3金属层73的z方向的后端、即下端到达与金属层71、副载件420和基板40的下端相同的位置。当沿着y方向观察时，在x方向上第1金属层71形成得比副载件420大。

如前述的结构那样，优选第1金属层71的面积、即包含x方向和z方向的面内的大小与第2金属层72和第3金属层73的面积大致相同，并且其下端到达与副载件20的下端相同的位置。在这样的结构中，能够最大限度地确保副载件420相对于基板40的连接强度。此外，第1金属层71、第2金属层72和第3金属层73的下端也可以位于比副载件420和基板40的下端靠上侧的位置。

在本实施方式中，在LD30与PLC50之间设置有防反射膜81。例如，防反射膜81一体地形成于基板40的侧面42和PLC50的入射面61。但是，防反射膜81也可以仅形成于PLC50的入射面61。

除了入射面61之外，在出射面64上也设置有防反射膜82。另外，在出射面64上也设置有未图示的防反射膜。另外，在图11中，表示了集成光学装置10A的概略结构，省略了第1金属层71、第2金属层72、第3金属层73和防反射膜81、82。

防反射膜81、82是用于防止向PLC50入射的入射光或出射光向与从入射面61或出射面64进入各面的方向相反的方向反射，并提高入射光或出射光的透射率的膜。防反射膜81、82例如是通过将多种电介质以与作为入射光的红色光、绿色光、蓝色光的波长对应的规定的厚度交替层叠而形成的多层膜。作为上述电介质，例如可举出氧化钛(TiO₂)、氧化硅(SiO₂)、氧化铝(Al₂O₃)等。

图15是用于说明副载件420的各面的表面粗糙度的图。

如图15所示，副载件420的形状为大致长方体，具有：构成LD30的安装面的上表面421；经由金属层71、73、72与基板40的侧面连接的第1侧面422；与第1侧面422相反的一侧的第2侧面423；分别与第1侧面422和第2侧面423相邻且彼此相对的第3侧面424和第4侧面425；以及与上表面421相反的一侧的底面(基座底面)26。LD30靠近副载件420的第1侧面422(即，上表面421的前方端部)配置，经由金属层75、76与副载件420连接。

在本实施方式中，副载件420的上表面421、第1侧面422、第2侧面423和底面26是平滑面，但在第3侧面424和第4侧面425的整个面设置有粗糙化区域420S。粗糙化区域420S是表面粗糙度比副载件420的上表面421等平滑面大的区域。具体而言，副载件420的上表面421等平滑面的最大截面高度(Rt)为0.01以上且小于5μm，与此相对，粗糙化区域420S的最大截面高度(Rt)为5μm以上且50μm以下。粗糙化区域420S的最大截面高度(Rt)可以为10μm以上且50μm以下、20μm以上且40μm以下，优选为5μm以上且30μm以下。

在本说明书中，“最大截面高度”是指依据JISB601，评价长度中的轮廓曲线的峰高的最大值与谷深的最大值之和。

副载件420的粗糙化区域420S的最大截面高度(Rt)通过使用与白色光干涉型显微镜(例如，BRUKER公司制，“Wyko-HD9800”)同样原理的装置的方法以非接触的方式进行测量。

表1所示的样品1～5是利用白色光干涉型显微镜(BRUKER公司制、“Wyko-HD9800”)测量使用喷砂对由硅构成的副载件的表面进行了粗糙化处理前后的表面的最大截面高度(Rt)的例子。测量使用VSI模式，粗糙化处理前的Rt以倍率7.5倍、测量范围(400)μm×(400)μm进行测量，粗糙化处理后的Rt以倍率10倍、测量范围(400)μm×(400)μm进行测量。

[表1]

	粗糙化前Rt(μm)	粗糙化后Rt(μm)
			样品1	0.82	11.60
样品2	1.51	7.36
			样品3	0.99	12.95
样品4	2.48	14.61
			样品5	1.46	14.11

在副载件420的整个面为平滑面的情况下，在向后述的副载件420照射激光时，激光在副载件420的平滑面反射而加热效率不好，经由金属层71、73、72的副载件420与基板40之间的接合强度有时变得不充分。但是，在副载件420的第3和第4侧面424、425被粗糙化的情况下，热容量被抑制，能够抑制照射到副载件420的第3和第4侧面424、425的激光的反射而提高副载件420的加热效率，由此能够提高金属接合强度。

副载件420的上表面421和第1侧面422是平滑面。通过使副载件420的上表面421为平滑面，能够在上表面421形成均匀厚度的金属层，能够经由金属层将LD30可靠且牢固地安装在副载件420上。另外，通过使副载件420的第1侧面422为平滑面，能够在第1侧面422形成均匀厚度的金属层71，能够经由金属层71、73、72与副载件420和基板40的侧面可靠且牢固地连接。

副载件420的第2侧面423和底面26也优选为平滑面。由此，能够通过真空吸附来保持副载件420的第2侧面423和底面26。因此，能够一边向副载件420的第3和第4侧面424、425照射激光一边进行副载件420的位置调整。

用于形成粗糙化区域的粗糙化的方法并无特别限制，无论是湿式的方法还是干式的方法，均可使用将无机部件的表面粗糙化的公知的方法。例如，能够通过喷砂等方法形成于任意的部位。也可以代替喷砂而使用砂纸那样的来在副载件的侧面形成伤痕。

另外，也可以通过采用在对副载件420的集合基板进行切割而单片化时切断面变得粗糙的加工条件的方法来形成。具体而言，通过调整粘接于金刚石刀具的刀刃的金刚石磨粒的大小，能够进行粗糙化。此外，也能够使用利用激光的切断方法，在规定的条件下形成。

LD30的出射面31与PLC50的入射面61隔开规定的间隔而配置(参照图15的(b))。入射面61与出射面31相对，在y方向上，在出射面31与入射面61之间存在间隙70。在集成光学装置10A露出于空气中的情况下，在间隙70中充满空气。如果考虑集成光学装置10A用于头戴式显示器等的情况下所要求的光量等，则间隙(间隔)70的y方向的大小例如大于0μm且为5μm以下。

接着，简单说明集成光学装置10A的制造方法。图16是用于说明集成光学装置10A的制造方法的图。首先，使用公知的方法在副载件420的上表面421安装裸芯片的LD30。例如，使用溅射或蒸镀等在副载件420的上表面421形成金属层75。并且，在LD30的下表面33(例如，LD30-1的下表面33-1)，使用溅射或蒸镀等形成第1金属层76。接着，如图16的(a)所示，例如，从激光装置90向副载件420照射激光，仅将副载件420加热到不熔融和变形的程度。通过来自副载件420的传热，使金属层75、76软化或熔融，之后进行冷却。由此，LD30经由金属层75、76接合于副载件420的上表面421。另外，在LD30向副载件420安装前或安装后，使用溅射或蒸镀等在副载件420的第1侧面422形成第1金属层71。

接着，在基板40的上表面41，通过公知的半导体工艺形成PLC50。接着，在入射面61和出射面64上形成防反射膜81、82、未图示的防反射膜。进而，在防反射膜81的y方向的后方，使用溅射或蒸镀等依次形成第2金属层72、第3金属层73。

接着，在x方向和z方向上，使相互对应的LD30、芯51-1、51-2、51-3的出射面31和入射面61在y方向上隔开间隔地相对。使从LD30发出的各色光的光轴与对应的芯的入射面61的中心大致重叠。此时，以使副载件420的底面423与基板40的底面43处于大致同一平面上的方式，将副载件420的底面423与基板40的底面43对齐配置。

接着，如图16的(b)所示，从激光装置90向副载件420照射激光，利用来自副载件420的传热使第1金属层71、第2金属层72和第3金属层73软化或熔融。一边调整LD30与PLC50的相对位置，且使副载件420的底面423与基板40的底面43处于大致同一平面上，一边将安装有LD30的副载件420接合于形成有PLC50的基板40。经过这样的工序，能够制造副载件420的底面423与基板40的底面43相互位于大致同一平面上的集成光学装置10A。

具体而言，如图17所示，在X方向上的副载件420的两侧配置激光装置90，沿着箭头所示的方向使从激光装置90出射的激光照射副载件420的第3侧面424和第4侧面425而进行加热，仅将副载件420加热到不熔融和变形的程度。同时，从LD30发出各色光，检测发光强度，并且检测从芯51-4出射的3色光的出射强度。如图18所例示，如果将y方向上的出射面31与入射面61的间隔S以微米级的值变动，将相对于发光强度的出射强度设为光利用效率[％]，则间隔S越大(Sa＜Sb＜Sc＜Sd＜Se＜Sf＜Sg)，光利用效率越降低。各间隔S中的“光利用效率”是指图18的曲线图的横轴的DT偏移为0(零)时的光利用效率。最佳的间隔S根据集成光学装置10A的使用用途、LD30的发光模式、芯51-1、51-2、51-3的x方向和z方向的大小而变化。考虑这些条件，以满足所求出的光利用效率的方式调整间隔S和LD30的位置、姿态。这样的LD30的位置、姿态的调整意味着进行所谓的主动对准和间隙控制。上述的间隔S和LD30的调整能够使用具有主动对准的功能的公知的装置来进行。

如果进行主动对准和间隙控制和副载件420的加热，则如图17所示，配置于最佳位置的LD30的出射面31与入射面61之间的第1金属层71、第2金属层72和第3金属层73由于第3金属层73的合金化和微小的热收缩而变得比没有夹在出射面31与入射面61之间的各金属层薄。通过停止激光装置90对副载件420的加热而被冷却，LD30的位置被固定。通过进行以上的流程，能够制造集成光学装置10A。

如上所述，副载件420的第3侧面424和第4侧面425被粗糙化，激光照射到粗糙化区域420S，所以能够在副载件420的加热时抑制激光的反射而提高加热效率。因此，在经由第1金属层71、第2金属层72和第3金属层73将副载件420与基板40接合的情况下，能够提高其接合强度。

以上说明的本实施方式的集成光学装置10A具备副载件420、LD30、基板40、PLC50。入射面61以与出射面31相对的方式配置，从LD30出射的光能够入射到芯51-1、51-2、51-3。另外，副载件420的第1侧面422与基板40的侧面42从y方向的后方朝向前方经由第1金属层71、第2金属层72和第3金属层73连接。

根据上述结构，第1金属层71和第2金属层72牢固地粘接于第1侧面422和基座40的侧面42，第3金属层73在与第1金属层71和第2金属层72的界面合金化，并且在第1侧面422的包含x方向和z方向的面内的大致整个区域牢固地与第1金属层71和第2金属层72接合。基于这样的合金化的第1金属层71、第2金属层72、第3金属层73的副载件420与基板40的连接耐热，例如，如图19所示，即使在引线接合等工序中周围的环境温度变高，也难以解除。因此，即使在使用例如引线接合等方法通过引线95在上表面421连接LD30和未图示的电源时，也能够维持PLC50牢固地固定于LD30的状态。即，在进行引线接合时，LD30、副载件420不会从PLC50、基板40滑落，LD30相对于PLC50维持在最佳的位置。由此，能够使集成光学装置10A发挥希望的光利用效率和光学特性，提高集成光学装置10A的可靠性。

另一方面，在现有技术那样的使用了树脂的LD与PLC的粘接、或者副载件与基板的粘接中，在作为分子结构的高分子的树脂中产生基于取代基的氢键。由于树脂中的取代基的密度低，所以在树脂的形成面内成为局部的接合。如果应用于集成光学装置10A的结构，则在包含x方向和z方向的面内局部地将LD与PLC、副载件与基板结合。因此，推测在如现有技术那样使用了树脂的连接中，与上述的基于合金化的整面且牢固的接合相比，连接强度降低。

另外，根据本实施方式的集成光学装置10A，第3金属层73比第1金属层71和第2金属层72厚，所以第1金属层71与第3金属层73、和/或第3金属层73与第2金属层72被充分合金化，能够更牢固地接合副载件420与基板40。另外，能够在y方向上确保第1金属层71与第3金属层73的合金层与基板40的距离。

另外，根据本实施方式的集成光学装置10A，在沿着y方向(光的行进方向)观察时，第1金属层71、第2金属层72和第3金属层的下端到达与副载件420的下端、基板40的下端相同的位置。即，能够与第1实施方式的集成光学装置10A同样地使副载件420的接合面积最大化，将副载件420与基板4牢固地接合。

另外，根据本实施方式的集成光学装置10A，在LD30与PLC50之间设置有防反射膜81，所以能够防止从LD30发出的各色光在入射面61上的反射，能够提高各色光向芯51-1、51-2、51-3的耦合效率。

另外，在本实施方式的集成光学装置10A中，由于LD30的出射面31和PLC50的入射面61以规定的间隔配置，所以不会像在LD的出射面与PLC的入射面之间存在树脂的现有的集成光学元件那样，LD与PLC的相对配置受到LD的出射面与PLC的入射面之间的夹杂物的影响。由此，能够防止LD30与PLC50的相对配置产生偏差。

另外，在本实施方式的集成光学装置10A中，具备多个LD30，多个LD30发出具有相互不同的峰值波长(波长)的光。即，集成光学装置10A具备多个LD30-1、30-2、30-3，在PLC50设置有多个LD30-1、30-2、30-3发出的光分别能够入射的多个芯51-1、51-2、51-3，多个芯51-1、51-2、51-3在到达出射面64的跟前侧相互汇集为1个。根据这样的结构，能够使具有相互不同的峰值波长(波长)的3色光高效地入射到多个芯51-1、51-2、51-3，提高从出射面64出射的3色光的光利用效率。

另外，在本实施方式的集成光学装置10A中，副载件420的底面423和基板40的底面43形成为大致同一平面S状。即，在本实施方式的集成光学装置10A中，也与第1实施方式的集成光学装置10同样地，能够将在LD(光半导体元件)30中的动作中产生的热在副载件420的底面423和第1侧面422两者高效地散热。

图20的(a)～(f)和图21的(a)～(f)是表示副载件420的结构的变形例的展开图。

图20的(a)所示的副载件420的上表面421、第1侧面422和底面426由平滑面构成，第2侧面423、第3侧面424和第4侧面425的整个面由粗糙化区域420S构成。即，在图15所示的副载件420的第2侧面423上进一步追加了粗糙化区域420S。

图20的(b)所示的副载件420的上表面421、第1侧面422和第2侧面423由平滑面构成，第3侧面424、第4侧面425和底面426的整个面由粗糙化区域420S构成。即，在图15所示的副载件420的底面426上进一步追加了粗糙化区域420S。

图20的(c)所示的副载件420仅将第2侧面423作为粗糙化区域420S，将除此以外的所有外表面作为平滑面。另外，图20的(d)仅将底面426作为粗糙化区域420S，将除此以外的所有外表面作为平滑面。

在图20的(e)中，仅将第2侧面423和底面426作为粗糙化区域420S，将除此以外的全部的外表面作为平滑面。因此，第3侧面424和第4侧面425是平滑面。

图20的(f)将上表面421和第1侧面422设为平滑面，将上表面421和第1侧面422以外的所有面设为粗糙化区域420S。

图21的(a)所示的副载件420不是在第3侧面424和第4侧面425的整个面，而是仅在各面的中央部设置有粗糙化区域420S。因此，第3侧面424和第4侧面425各自的边缘附近为平滑面。

图21的(b)所示的副载件420在第2侧面423和底面426也设置有与第3侧面424和第4侧面425同样的粗糙化区域420S。这样，粗糙化区域420S无需形成于对象面的整个面，仅形成于对象面的一部分、即激光照射区域即可。

图21的(c)所示的副载件420将第3侧面424和第4侧面425中的靠第1侧面422的前方一半的区域设为粗糙化区域420S，将靠第2侧面423的后方一半的区域设为平滑面。另外，图21的(d)所示的副载件420在底面426的前方一半的区域也形成有同样的粗糙化区域420S。这样，粗糙化区域420S也可以仅设置于比第1侧面422与第2侧面423的中间位置靠第1侧面422的前部区域。

图21的(e)所示的副载件420将第3侧面424和第4侧面425中的靠底面426的下侧一半的区域设为粗糙面，将靠上表面421的上侧一半的区域设为平滑面。图21的(f)所示的副载件420在第2侧面423的下侧一半的区域和底面426的整个面也形成有同样的粗糙化区域420S。这样，粗糙化区域420S也可以仅设置于比上表面421与底面426的中间位置靠底面426的下部区域。

如上所述，副载件420的形状为大致长方体，具有上表面421、第1～第4侧面422～425和底面426。在此，在将安装LD30的上表面421设为第1外表面、将与基板40连接的第1侧面422设为第2外表面、将剩余的面设为第3外表面时，粗糙化区域420S设置于第3外表面的至少一部分即可。即，在本发明中，粗糙化区域420S形成于第2侧面423、第3侧面424、第4侧面425和底面426中的任一面的至少一部分即可。

[第3实施方式]

图22是第3实施方式的集成光学装置10B的截面图。第3实施方式的集成光学装置10B的副载件520、第1金属层571、第2金属层572和第3金属层573的z方向上的长度与第2实施方式的集成光学装置10A不同。在集成光学装置10B中，对与集成光学装置10A相同的结构标注相同的附图标记，并省略说明。

在本实施方式中，第1金属层571在不与金属层575接触的状态下，在第1侧面522的大致整个区域中设置于与基板40或PLC50相对的侧面。第2金属层572和第3金属层573的z方向的前端、即上端在z方向的前侧到达与第1金属层571相同的位置。第2金属层572和第3金属层573的z方向的后端、即下端到达比第1金属层571靠后方且比防反射膜81靠前方的位置。当沿着y方向观察时，在x方向上，第1金属层571形成得比副载件520大。

第1金属层571的面积、即包含x方向和z方向的面内的大小优选与第2金属层572和第3金属层573的面积大致相同，或者小于第2金属层572和第3金属层573的面积。

本实施方式的集成光学装置10B通过与集成光学装置10A同样的方法制造。另外，在制造集成光学装置10B时，可以以副载件520的底面523与基板40的底面43处于大致同一平面上的方式，将副载件520的底面523与基板40的底面43错开配置。另外，在将安装有LD30的副载件520接合于形成有PLC的基板40时，副载件520的底面523与基板40的底面43可以不在同一平面上。

在本实施方式的集成光学装置10B中，也与集成光学装置10A同样地，例如在进行引线接合时，LD30、副载件520不会从PLC50、基板40滑落，LD30相对于PLC50维持在最佳的位置。由此，能够使集成光学装置10B发挥希望的光利用效率和光学特性，提高集成光学装置10B的可靠性。

另外，在本实施方式的集成光学装置10B中，第1金属层571与第3金属层573、和/或第3金属层573与第2金属层572也被充分合金化，能够更牢固地接合副载件520与基板40。另外，在y方向上能够确保第1金属层571和第3金属层573的合金层与基板40的距离。

另外，根据本实施方式的集成光学装置10B，在沿着y方向(光的行进方向)观察时，第1金属层571的面积比第2金属层572的面积小，所以能够确保副载件520与基板40的接合面积至少为第1金属层571的面积以上。通过将第1金属层571设置于第1侧面52B的大致整个区域，能够使副载件520的接合面积最大化，能够将副载件520与基板40更牢固地接合。

(集成光学模块)

图23是透视地表示集成光学模块100B的结构的一例的大致立体图。如图23所示，该集成光学模块100B具备：由副载件20上的LD30和基板40上的PLC50的组合构成的集成光学装置10B；和收纳集成光学装置10B的封装件91。而且，集成光学装置10B与PD(PhotoDetector：光电探测器)模块、控制器IC芯片等其他构成部件(未图示)一起被收纳在封装件91内，与惰性气体一起被气密密封。

封装件91由在上表面侧具有开口的树脂或陶瓷制的主体91a和无间隙地覆盖形成于主体91a的上表面的开口的外壳92构成。在主体91a的长度方向的一端侧的侧面设置有激光的出射窗93。在主体91a中的与出射窗93对应的部分形成有开口。从PLC50发出的激光通过出射窗93向外部输出。另外，在与设置有出射窗93的侧面相反侧的侧面侧形成有与主体91a一体化的端子座91b，在端子座91b的上表面形成有多个外部电极焊盘94。多个外部电极焊盘94与封装件91内的多个内部端子电极96中的任一个电连接，LD30经由焊丝(引线)95与内部端子电极96连接。

多个外部电极焊盘94与封装件91内的多个内部端子电极96中的任一个电连接，LD30经由引线95与内部端子电极96连接。这样，在LD30的焊盘与内部端子电极96的连接中使用引线接合，但在副载件20相对于基板40的接合强度弱的情况下，存在副载件20因引线接合时的加压力而从基板40剥离的情况。但是，在本实施方式中，由于将副载件20牢固地接合于基板40，所以能够可靠地进行基于引线接合的壳体侧端子与光半导体器件30的电连接。

其中，封装件91内也可以充满氮(N₂)等惰性气体。

以上，对本发明的实施方式进行了说明，但这些实施方式是作为例子展示的，并不意图限定发明的范围。该实施方式能够以其他各种方式实施，在不脱离发明的主旨的范围内，能够进行各种省略、置换、变更。例如，也可以分别组合上述的实施方式和变形例的特征性的结构。

例如，在本实施方式的集成光学装置10(10A、10B)中，在副载件(基座)20(420、520)的上表面(表面)21(421、521)设置有3个LD(光半导体元件)30-1、30-2、30-3，但LD(光半导体元件)只要至少设置1个(例如发出白色光的LD)即可，或者也可以设置4个以上的LD。另外，各个LD(光半导体元件)30-1、30-2、30-3分别发出的光也不限定于红色光、蓝色光、绿色光，能够使用发出任意波长区域的光的LD。

另外，例如，也可以是具备与相互位于大致同一平面上的副载件20的底面23和基板40的底面43接合的1个共用的散热板等的结构。

另外，在集成光学模块100(100A)中，还能够在封装件的底面进一步接合散热器等。由此，能够将从集成光学装置10(10A、10B)传递到封装件110的热更高效地向外部散热。

另外，例如，在集成光学装置10(10A、10B)中，副载件20(420、520)与基板40也可以经由至少包含第1金属层71(571)的金属与第3金属层73(573)的合金层、和/或第2金属层72(572)的金属与第3金属层73(573)的合金层的未图示的金属复合层而连接。“至少包含第1金属层71(571)的金属与第3金属层73(573)的合金层、和/或第2金属层72(572)的金属与第3金属层73(573)的合金层的金属复合层”是指在其一部分具有第1金属层71(571)的金属与第3金属层73(573)的合金层、和/或第2金属层72(572)与第3金属层73(573)的合金层，或者其全部由第1金属层71(571)的金属与第3金属层73(573)的合金层、和第2金属层72(572)的金属与第3金属层73(573)的合金层构成的层。作为一例，可举出在集成光学装置10(10A、10B)中，第1金属层71(571)的金属与第3金属层73(573)的金属遍及y方向的一部分或整体而合金化，形成1个合金层的情况。

另外，例如可举出第2金属层72(572)的金属与第3金属层73(573)的金属遍及y方向的一部分或整体而合金化，形成1个合金层的情况。在这些情况下，能够将副载件20(420、520)与基板40经由第1金属层71(571)与第3金属层73(573)的合金层、和第2金属层72(572)与第3金属层73(573)的合金层中的任一者或两者连接。根据这样的结构，能够利用合金层将副载件20(420、520)与基板40比现有技术那样的基于树脂的连接更牢固地连接，能够提高集成光学装置的可靠性。

另外，例如，在集成光学装置10(10A、10B)中，副载件20(420、520)与LD30也可以经由至少包含与金属层75、76的合金层的未图示的金属复合层而连接。“至少包含与金属层75、76的合金层的金属复合层”是指在其一部分具有金属层75与金属层76的合金层的层，或者其全部由该合金层构成的层。作为一例，可举出在集成光学装置10(10A、10B)中，金属层75的金属与金属层76的金属遍及z方向的一部分或整体而合金化，形成合金层的情况。在金属层75的金属与金属层76的金属在z方向的一部分被合金化的情况下，在副载件20(420、520)与LD30之间夹设有金属层75、76的合金层、金属层75和金属层76中的任一者或者两者。在金属层75的金属与金属层76的金属遍及z方向的整体而合金化的情况下，在副载件20(420、520)与LD之间实质上仅存在上述合金层。另外，优选金属层75和金属层76遍及y方向的整体进行合金化而形成合金层，但并不限定于这样的结构，也可以在y方向的一部分进行合金化而形成合金层。

为了连接副载件20(420、520)与基板40而介于副载件20(420、520)与基板40之间的金属材料能够根据副载件20(420、520)、基板40、第1金属层71(571)的各材料而适当变更。另外，关于金属层、合金层的金属材料的厚度，也根据副载件20(420、520)、基板40、第1金属层71(571)的各材料适当设定。根据金属材料的种类和厚度、副载件20(420、520)的加热条件等，介于副载件20(420、520)与基板40之间的金属复合层的结构可以改变。金属复合层可以是单独的合金层、金属层与合金层的组合、相互不同组成的合金层彼此的组合、除此以外至少包含合金层的多层结构中的任一种。

另外，说明了上述的集成光学装置10(10A、10B)是使可见波段的3原色的光一致的合波器的主旨，但本发明的集成光学装置并不限定于合波器，能够在光通信用途中广泛使用。

另外，上述的集成光学装置10(10A、10B)以用于可穿戴设备、小型投影仪等用途为目的，说明了能够对可见波长范围的3原色进行合波的主旨，但本发明的集成光学装置处理的光的波长并不限定于可见波长范围。例如，本发明的集成光学装置处理的光的波长区域可以从可见波长区域遍及近红外波长区域，也可以为了在光通信中使用而仅为近红外波长区域。根据本发明的集成处理的光的波长，选择基板40、PLC50、各种金属层和合金层的材料即可。

[实施例]

对本发明的效果进行了验证。

(实施例)

制作图1所示的第1实施方式的集成光学装置10，模拟了在该集成光学装置10的副载件20的底面23和基板40的底面43上经由热传导性的粘接剂接合封装件时的散热状态。

副载件：硅(Si)

基板：硅(Si)

封装件：氧化铝(Al₂O₃)

粘接剂：环氧树脂

(比较例)

制作副载件的底面比基板的底面在厚度方向上凹陷，除此以外的结构与实施例相同的集成光学装置，测量在集成光学装置的基板的底面经由热传导性的粘接剂接合封装件时的散热状态。副载件的底面不与封装件接合，副载件的底面与封装件的内表面之间的间隙为0.5mm。

图24的(a)表示使实施例的集成光学装置10的LD30发热1W时的热分布，图24的(b)表示使比较例的集成光学装置的LD发热1W时的热分布。另外，图24表示沿着集成光学模块的厚度方向的主要部分截面。

根据图24所示的结果可知，实施例的集成光学装置10以副载件20的底面23与基板40的底面43彼此处于大致同一平面S上的方式一起接合于封装件，所以由LD30产生的热分别从副载件20的底面23与基板40的底面43向封装件散热。由此，能够确认LD30的温度保持得比比较例低。

另一方面，在比较例的集成光学装置中，副载件的底面与基板的底面之间存在阶梯差，仅基板的底面与封装件接合，所以仅在位于远离LD的位置的基板的底面，由LD产生的热向封装件散热。因此，与实施例相比，散热效率差，LD的温度比实施例高。

接着，在上述的实施例和比较例中，测量了将集成光学装置接合于封装件的粘接剂的热传导率与温度变化最大值的关系。将其结果在图25中用曲线图表示。

根据图25的测量结果，确认了通过将热传导率设为1W/(m·K)以上，能够将集成光模块的温度变化量设为最低水准，进而通过将热传导率设为4W/(m·K)以上，能够抑制集成光模块的温度变化量。

附图标记说明

10 集成光学装置

20、420、520 副载件(基座)

20-1、420-1、520-1 副载件(基座)

20-2、420-2、520-2 副载件(基座)

20-3、420-3、520-3 副载件(基座)

21、421、521 上表面

21-1 上表面

21-2 上表面

21-3 上表面

22 侧面

22-1 侧面

22-2 侧面

22-3 侧面

23 底面(基座底面)

30 LD(光半导体元件)

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 下表面

33-1 下表面

40 基板

41 上表面(表面)

42 侧面

43 底面(基板底面)

50 PLC(光波导)

51-1、51-2、51-3 芯

51-4、51-7 芯

52 包层

57-1、57-2 汇合位置

61 入射面

61-1 入射面

61-2 入射面

61-3 入射面

64 出射面

70 间隙

71 第1金属层

72 第2金属层

73 第3金属层

75 金属层

76 金属层

81、82 防反射膜

100 集成光学模块

102 主体

105 外壳

110 封装件

180 底座

180a 上表面(一个内表面)

182 粘接层。

Claims (17)

1.一种集成光学装置，其具备：

基座；

光半导体元件，其设置于所述基座的表面；

基板；和

光波导，其设置于所述基板的表面，

所述光波导的入射面配置成与所述光半导体元件的出射面相对，

从所述光半导体元件出射的光能够入射到所述光波导，

所述光半导体元件经由金属层与所述基座连接，

所述基座经由其他的金属层与所述基板连接，

与所述基座的表面相反侧的基座底面和与所述基板的表面相反侧的基板底面设置在大致同一平面上。

2.如权利要求1所述的集成光学装置，其特征在于，

所述基座具有第1外表面、第2外表面和第3外表面，

所述第1外表面是所述基座的表面，

所述光半导体元件安装于所述基座的所述第1外表面，

所述光半导体元件以与所述光波导进行光耦合的方式配置，

所述基座的所述第2外表面经由金属层与所述基板的侧面连接，

所述基座的所述第3外表面的至少一部分具有粗糙化区域。

3.如权利要求2所述的集成光学装置，其中，

所述粗糙化区域的表面粗糙度比所述第1外表面和所述第2外表面的表面粗糙度大。

4.如权利要求2或3所述的集成光学装置，其中，

所述粗糙化区域的最大截面高度(Rt)为5μm以上且50μm以下。

5.如权利要求2～4中任一项所述的集成光学装置，其中，

所述基座为大致长方体，

所述第1外表面为所述基座的上表面，

所述第2外表面为所述基座的第1侧面，

所述第3外表面包含：与所述第1侧面相对的第2侧面；与所述第1侧面和第2侧面分别相邻且彼此相对的第3侧面和第4侧面；以及与所述上表面相对的所述基座底面。

6.如权利要求5所述的集成光学装置，其中，

所述粗糙化区域设置于所述第3侧面和第4侧面，

所述第2侧面和所述基座底面是没有设置所述粗糙化区域的平滑面。

7.如权利要求6所述的集成光学装置，其中，

所述粗糙化区域设置于所述第3侧面和第4侧面的整个面。

8.如权利要求5所述的集成光学装置，其中，

所述粗糙化区域设置于比所述第1侧面与所述第2侧面的中间位置靠所述第1侧面的前部区域。

9.如权利要求5所述的集成光学装置，其中，

所述粗糙化区域设置于比所述上表面与所述基座底面的中间位置靠所述基座底面的下部区域。

10.如权利要求1～9中任一项所述的集成光学装置，其中，

具有2个以上的所述光半导体元件。

11.如权利要求1～10中任一项所述的集成光学装置，其中，

所述光半导体元件具有输出红色光的第1光半导体元件、输出绿色光的第2光半导体元件和输出蓝色光的第3光半导体元件。

12.如权利要求1～11中任一项所述的集成光学装置，其中，

在所述光半导体元件与所述光波导之间设置有防反射膜。

13.如权利要求1～12中任一项所述的集成光学装置，其中，

具备多个所述光半导体元件，

多个所述光半导体元件发出具有相互不同的波长的光，

在所述光波导设置有能够供多个所述光半导体元件发出的光分别入射的芯，

多个所述芯在到达所述光波导的出射面的跟前侧相互汇集为1个。

14.一种集成光学模块，其具有：

权利要求1～13中任一项所述的集成光学装置；和

收纳所述集成光学装置的封装件，

所述集成光学装置的所述基座底面和所述基板底面均经由包含金属或者树脂的接合层固定于所述封装件的一个内表面。

15.如权利要求14所述的集成光学模块，其中，

所述接合层由在树脂中混合有填料的材料构成。

16.如权利要求4或5所述的集成光学模块，其中，

所述接合层的热传导率为4W/m·K以上。

17.一种集成光学装置的制造方法，其特征在于：

准备基座，该基座具有第1外表面、第2外表面和第3外表面，在所述第1外表面安装有光半导体元件，在所述第2外表面设置有金属接合材料，在所述第3外表面的至少一部分形成有粗糙化区域，

在使所述基座的所述第2外表面与设置有光波导的基板的侧面抵接的状态下，一边对所述粗糙化区域照射激光，将所述金属接合材料与所述基座一起进行加热，一边调整所述光半导体元件的位置以与所述光波导光耦合，

通过停止所述激光的照射来冷却所述基座，将所述基座和所述基板进行金属接合，由此固定所述光半导体元件。

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