JP2021157012A - Integrated optical device and integrated optical module - Google Patents

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亮平 福▲崎▼
Ryohei Fukuzaki
亮平 福▲崎▼
正博 新海
Masahiro Shinkai
正博 新海
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Abstract

To provide an integrated optical device and an integrated optical module which have high reliability.SOLUTION: An integrated optical device includes a subcarrier 20, and an LD 30 provided on a top face 21 of the subcarrier 20. An emission surface 31 from which light is emitted from the LD 30 and a side face 22 opposite to a PLC in the subcarrier 20 are arranged substantially on the same plane. In an integrated optical module, the integrated optical device is stored in a package, and is fixed into the package through either a second metal layer or a second resin layer.SELECTED DRAWING: Figure 4

Description

本発明は、集積光学装置及び集積光モジュールに関する。 The present invention relates to an integrated optical device and an integrated optical module.

データトラフィックの増大に伴い、光通信システムや、光通信システムを用いた身の回りの種々の光デバイスの多機能化が進んでいる。最近では多機能化と共に高密度化が求められ、多機能且つ小型な光デバイスが検討されている。 With the increase in data traffic, optical communication systems and various optical devices around us using optical communication systems are becoming more multifunctional. Recently, there is a demand for high density as well as multi-functionality, and multi-functional and compact optical devices are being studied.

近年、シリコン導波路に発光素子や受光素子を集積させるシリコンフォトニクスの技術が進展し、光通信システムに用いられている。合波・分波・波長選択等の光信号処理を行う平面光波回路(Planar Lightwave Circuit:PLC)は、光通信システムに用いられる代表的なシリコン導波路の1つである。 In recent years, silicon photonics technology for integrating a light emitting element and a light receiving element in a silicon waveguide has been advanced and used in an optical communication system. A planar lightwave circuit (PLC) that performs optical signal processing such as conjugation, demultiplexing, and wavelength selection is one of the typical silicon waveguides used in optical communication systems.

光通信システム以外の例えば身の回りのウェアラブルデバイスや小型プロジェクタ等においても、使用目的に応じて複数の機能を発現し、且つ装置全体を持ち歩き可能とする、多機能且つ小型な光デバイスが求められている。 For example, in wearable devices and small projectors around us other than optical communication systems, there is a demand for multifunctional and small optical devices that exhibit a plurality of functions according to the purpose of use and enable the entire device to be carried around. ..

従来、複数の光学素子を集積化するために、例えば、ミラー及びレンズが用いられている。特許文献1には、筐体内にレーザーダイオード(Laser Diode:LD)、光学レンズ、全反射用波長フィルタ、波長分離用フィルタ、ファイバコリメータ、フォトダイオードが共通の筐体に集積された光モジュールが開示されている。特許文献1に開示されている光モジュールでは、LDから発せられた波長1.3μmの光が集光レンズ、キャピラリ、コリメータレンズを通り、全反射用波長フィルタ及び波長分離用フィルタで全反射し、ファイバコリメータで受光される。ファイバコリメータから入力された波長1.49μm,1.55μmの光は、波長分離用フィルタを通過してから、前述とは別の波長分離用フィルタによって互いに分離される。分離された後の1.55μmの光は、全反射用波長フィルタで全反射し、結合レンズによりフォトダイオードに入射する。分離された後の1.49μmの光は、結合レンズにより前述とは別のフォトダイオードに入射する。 Conventionally, for example, a mirror and a lens have been used to integrate a plurality of optical elements. Patent Document 1 discloses an optical module in which a laser diode (LD), an optical lens, a wavelength filter for total reflection, a filter for wavelength separation, a fiber collimator, and a photodiode are integrated in a common housing. Has been done. In the optical module disclosed in Patent Document 1, light having a wavelength of 1.3 μm emitted from the LD passes through a condenser lens, a capillary, and a collimator lens, and is totally reflected by a wavelength filter for total reflection and a filter for wavelength separation. Received light with a fiber collimator. The light having wavelengths of 1.49 μm and 1.55 μm input from the fiber collimator passes through the wavelength separation filter and then is separated from each other by a wavelength separation filter different from the above. The light of 1.55 μm after being separated is totally reflected by the wavelength filter for total reflection, and is incident on the photodiode by the coupling lens. The 1.49 μm light after separation is incident on a photodiode different from the above by the coupling lens.

特許文献2には、パッケージ内に光素子搭載基板と、レンズアレイと、波長合分波器が所望の相対位置で配置されている光送受信モジュールが開示されている。波長合分波器は、透明基板の表面及び裏面に波長選択フィルタ及びミラーが搭載された機器である。特許文献2に開示されている光送受信モジュールでは、波長選択フィルタ及びミラーの配置に合わせて互いに異なる所定の波長を有する複数の光が入射し、波長合分波器で合波される。 Patent Document 2 discloses an optical transmission / reception module in which a substrate on which an optical element is mounted, a lens array, and a wavelength duplexer are arranged at desired relative positions in a package. A wavelength combiner / demultiplexer is a device in which a wavelength selection filter and a mirror are mounted on the front surface and the back surface of a transparent substrate. In the optical transmission / reception module disclosed in Patent Document 2, a plurality of lights having predetermined wavelengths different from each other are incident according to the arrangement of the wavelength selection filter and the mirror, and are combined by a wavelength combiner / demultiplexer.

特許文献1,2のようにミラーやレンズを用いた自由空間型の集積化とは別の集積化構造として、例えば特許文献3、4には導波路構造を備えた光デバイスが開示されている。特許文献3に開示されている合波器では、任意のN本の薄いクラッドを持つファイバ素線がチップ型の基板に固定され、複数のファイバ素線の出射端が互いに束ねられている。特許文献4には、半導体チップと、PLCチップとを一体化・集積化した光モジュールが開示されている。半導体チップは、半導体導波路を有し、且つ第1の基板上に搭載されている。 As an integrated structure different from the free space type integrated structure using a mirror or a lens as in Patent Documents 1 and 2, for example, Patent Documents 3 and 4 disclose an optical device having a waveguide structure. .. In the combiner disclosed in Patent Document 3, fiber strands having arbitrary N thin claddings are fixed to a chip-type substrate, and the exit ends of the plurality of fiber strands are bundled with each other. Patent Document 4 discloses an optical module in which a semiconductor chip and a PLC chip are integrated and integrated. The semiconductor chip has a semiconductor waveguide and is mounted on the first substrate.

特許文献4に開示されている光モジュールでは、半導体チップにおいてPLCチップに対向する端面とPLCチップにおいて半導体チップに対向する端面とは、ギャップをあけて互いに離れている。半導体チップとPLCチップとは、紫外線硬化接着剤によって接着されている。 In the optical module disclosed in 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 with a gap. The semiconductor chip and the PLC chip are bonded by an ultraviolet curable adhesive.

特開2005−309370号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2005-309370 特開2009−105106号公報JP-A-2009-105106 特開2016−118750号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2016-118750 特開2011−102819号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2011-102819

しかしながら、上述の特許文献1、2に開示されている光デバイスの部品数は多く、個々の部品の大きさがあり、ミラーやレンズを用いて自由空間光学系で構成されている。個々の部品の大きさや自由空間光学系での構成を考慮すると、特許文献1、2に開示されている光デバイスの小型化には限界がある。特許文献3、4に開示されているように導波路を用いた集積光学装置では、部品同士が紫外線硬化樹脂によって接着され、自由空間光学系に比べると小型化を図りやすい。しかしながら、上述の特許文献4に記載されている技術では、半導体チップがサブキャリア上に搭載されているもののサブキャリアからはみ出して搭載する構造を提案しており、このような設計では半導体チップとサブキャリアとの接合が弱くなってしまう。 However, the number of parts of the optical device disclosed in the above-mentioned Patent Documents 1 and 2 is large, the size of each part is large, and the optical device is composed of a free space optical system using a mirror and a lens. Considering the size of each component and the configuration of the free space optical system, there is a limit to the miniaturization of the optical device disclosed in Patent Documents 1 and 2. As disclosed in Patent Documents 3 and 4, in an integrated optical device using a waveguide, parts are adhered to each other by an ultraviolet curable resin, and it is easy to reduce the size as compared with a free space optical system. However, the technique described in Patent Document 4 described above proposes a structure in which the semiconductor chip is mounted on the subcarrier but protrudes from the subcarrier, and in such a design, the semiconductor chip and the sub are mounted. The bond with the carrier becomes weak.

導波路を用いた集積光学装置では、集積光学素子、LD等の光半導体素子を作動させるために基板に導通する必要がある。基板に導通させる際に、ワイヤーボンディング等の方法を用いて光半導体素子と電源とを基板上で接続する。光半導体素子の固定が十分でないと、ワイヤーボンディングする際に、光半導体素子が滑落し、集積光学装置の信頼性が低下する虞があった。 In an integrated optical device using a waveguide, it is necessary to conduct conduction to a substrate in order to operate an optical semiconductor element such as an integrated optical element or LD. When conducting conduction to the substrate, the optical semiconductor element and the power supply are connected on the substrate by using a method such as wire bonding. If the optical semiconductor element is not sufficiently fixed, the optical semiconductor element may slip off during wire bonding, and the reliability of the integrated optical device may decrease.

本発明は、上述の事情に鑑みてなされたものであり、信頼性の高い集積光学装置及び集積光モジュールを提供する。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a highly reliable integrated optical device and integrated optical module.

本発明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、前記光半導体素子から出射される光を入射可能に配置された光導波路と、を備え前記光半導体素子から前記光が出射される出射面と前記基台において前記光導波路に対向する側面とが略同一面上に配されている。 The integrated optical device according to the present invention includes a base, an optical semiconductor element provided on the surface of the base, and an optical waveguide arranged so that light emitted from the optical semiconductor element can be incident . An exit surface from which the light is emitted from the optical semiconductor element and a side surface of the base facing the optical waveguide are arranged on substantially the same surface.

本発明に係る集積光学装置では、前記基台と前記光半導体素子とは、第1金属層を介して接続されてもよい。 In the integrated optical device according to the present invention, the base and the optical semiconductor element may be connected via a first metal layer.

本発明に係る集積光学装置では、前記基台と前記光半導体素子とは、第1樹脂層を介して接続されてもよい。 In the integrated optical device according to the present invention, the base and the optical semiconductor element may be connected via a first resin layer.

本発明に係る集積光学装置では、前記出射面と前記光導波路において前記光が入射する入射面との間に隙間空間が形成され、前記光は前記出射面から出射され、前記隙間空間を伝搬し、前記入射面に入射するように構成されてもよい。 In the integrated optical device according to the present invention, a gap space is formed between the exit surface and the incident surface on which the light is incident in the optical waveguide, and the light is emitted from the exit surface and propagates in the gap space. , May be configured to be incident on the incident surface.

本発明に係る集積光学装置では、前記出射面と前記光導波路において前記光が入射する入射面との間に樹脂が設けられ、前記光は前記出射面から出射され、前記樹脂を伝搬し、前記入射面に入射するように構成されてもよい。 In the integrated optical device according to the present invention, a resin is provided between the exit surface and the incident surface on which the light is incident in the optical waveguide, and the light is emitted from the exit surface and propagates through the resin. It may be configured to be incident on the incident surface.

本発明に係る集積光モジュールでは、上述の集積光学装置がパッケージに収容されている。前記集積光学装置は、第2金属層又は第2樹脂層の何れかを介して前記パッケージ内で固定されている。 In the integrated optical module according to the present invention, the above-mentioned integrated optical device is housed in a package. The integrated optical device is fixed in the package via either a second metal layer or a second resin layer.

本発明によれば、信頼瀬の高い集積光学装置及び集積光モジュールを提供できる。 According to the present invention, it is possible to provide an integrated optical device and an integrated optical module with high reliability.

図1は、本発明に係る一実施形態の集積光学装置の斜視図である。FIG. 1 is a perspective view of an integrated optical device according to an embodiment of the present invention. 図2は、図1に示す集積光学装置をA−A´線で矢視した断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line AA'of the integrated optical device shown in FIG. 図3は、図1に示す集積光学装置のPLCの入射面の断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view of the incident surface of the PLC of the integrated optical device shown in FIG. 図4は、図2の断面図の位置を拡大した図である。FIG. 4 is an enlarged view of the position of the cross-sectional view of FIG. 図5は、図1に示す集積光学装置の一部の平面図である。FIG. 5 is a plan view of a part of the integrated optical device shown in FIG. 図6は、図1に示す集積光学装置を備える集積光モジュールの平面図である。FIG. 6 is a plan view of an integrated optical module including the integrated optical device shown in FIG. 図7は、図6に示す集積光モジュールの側面図である。FIG. 7 is a side view of the integrated optical module shown in FIG. 図8は、図6に示す集積光モジュールのカバーを外した状態の平面図である。FIG. 8 is a plan view of the integrated optical module shown in FIG. 6 with the cover removed. 図9は、図8に示す集積光モジュールの一部をC−C´線で矢視した断面図である。FIG. 9 is a cross-sectional view taken along the line CC'of a part of the integrated optical module shown in FIG. 図10は、図6に示す集積光モジュールを光が出射される方向に沿って見た側面図である。FIG. 10 is a side view of the integrated optical module shown in FIG. 6 as viewed along the direction in which light is emitted. 図11は、図6に示す集積光モジュールの使用例を示す斜視図である。FIG. 11 is a perspective view showing a usage example of the integrated optical module shown in FIG. 図12は、図1に示す集積光学装置の製造方法を説明するための側面図である。FIG. 12 is a side view for explaining a method of manufacturing the integrated optical device shown in FIG. 図13は、図1に示す集積光学装置の製造方法を説明するための側面図である。FIG. 13 is a side view for explaining a method of manufacturing the integrated optical device shown in FIG. 図14は、図1に示す集積光学装置の製造方法を説明するための平面図である。FIG. 14 is a plan view for explaining a method of manufacturing the integrated optical device shown in FIG. 図15は、図1に示す集積光学装置の製造方法を説明するためのグラフであって、光半導体素子と光導波路との離間距離と光利用効率との関係を示すグラフである。FIG. 15 is a graph for explaining the manufacturing method of the integrated optical device shown in FIG. 1, and is a graph showing the relationship between the separation distance between the optical semiconductor element and the optical waveguide and the optical utilization efficiency. 図16は、図1に示す集積光学装置の製造方法を説明するための平面図である。FIG. 16 is a plan view for explaining a method of manufacturing the integrated optical device shown in FIG. 図17は、図1に示す集積光学装置の変形例の部分断面図である。FIG. 17 is a partial cross-sectional view of a modified example of the integrated optical device shown in FIG. 図18は、図1に示す集積光学装置の変形例の部分断面図である。FIG. 18 is a partial cross-sectional view of a modified example of the integrated optical device shown in FIG.

以下、本発明の集積光学装置及び集積光モジュールの好ましい実施形態について、図面を参照して説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of the integrated optical device and the integrated optical module of the present invention will be described with reference to the drawings.

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、LD(光半導体素子)30と、PLC(光導波路)50と、を備える。 As shown in FIG. 1, the integrated optical device 10 of the present embodiment includes a subcarrier (base) 20, an LD (optical semiconductor element) 30, and a PLC (optical waveguide) 50.

集積光学装置10は、例えば光の3原色である赤(R)、緑(G)、青(B)のそれぞれの色の光を合わせる合波器である。集積光学装置10は、例えばヘッドマウントディスプレイに搭載される合波器として適用可能である。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には、市販の赤色光、緑色光、青色光等の各種レーザー素子を使用可能である。LD30の種類等は、適宜、所望の用途に合わせて選択すればよい。また、例えば、赤色光には、ピーク波長が610nm以上750nm以下である光を使用可能であり、緑色光には、ピーク波長が500nm以上560nm以下である光を使用可能であり、青色光には、ピーク波長が435nm以上480nm以下である光を使用可能である。なお、使用する光源であるLD30から出射される光の色は、赤(R)、緑(G)、青(B)に限定されず、他の色でもよい。 The integrated optical device 10 is, for example, a combiner 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 applied as, for example, a combiner mounted on a head-mounted display. In the present embodiment, various commercially available laser elements such as red light, green light, and blue light can be used for the LD (optical semiconductor element) 30 of the three primary colors of light shown as an example. The type of LD30 and the like may be appropriately selected according to the desired application. Further, for example, light having a peak wavelength of 610 nm or more and 750 nm or less can be used for red light, light having a peak wavelength of 500 nm or more and 560 nm or less can be used for green light, and blue light can be used. , Light having a peak wavelength of 435 nm or more and 480 nm or less can be used. The color of the light emitted from the LD30, which is the light source used, is not limited to red (R), green (G), and blue (B), and may be another color.

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、x方向で互いに間隔をあけて配置されている。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。y方向は、LD30から発せられる光の出射方向、即ち光軸に沿う方向である。x方向は、y方向に略直交する方向である。z方向は、x方向及びy方向に直交し、サブキャリア20からLD30に向かう方向である。
なお、言うまでもないが、集積光学装置10では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、図面を参照して説明した赤(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 LD30-1 that emits red light, an LD30-2 that emits green light, and an LD30-3 that emits blue light. The LD30-1, 30-2, and 30-3 are arranged so as to be spaced apart from each other in the x direction. In the following, the reference numerals Z of any component of the integrated optical device 10 will be collectively referred to as reference numeral Z with respect to the contents common to the components of reference numerals Z-1, Z-2, ..., ZK. In some cases. The above-mentioned K is a natural number of 2 or more. The y direction is the emission direction of the light emitted from the LD 30, that is, the direction along the optical axis. The x direction is a direction substantially orthogonal to the y direction. The z direction is orthogonal to the x direction and the y direction and is a direction from the subcarrier 20 toward the LD30.
Needless to say, in the integrated optical device 10, light other than red (R), green (G), and blue (B) shown in the present embodiment can also be used, and red (R) described with reference to the drawings can be used. ), Green (G), and blue (B) are not required to be in this order and can be changed as appropriate.

集積光学装置10は、複数のLD30と同じ数のサブキャリア20を備え、3つのサブキャリア20−1、20−2、20−3を備える。LD30は、ベアチップでサブキャリア20に実装されている。LD30−1は、サブキャリア20−1の上面(表面)21−1に設けられている。LD30−2は、サブキャリア20−2の上面(表面)21−2に設けられている。LD30−3は、サブキャリア20−3の上面(表面)21−3に設けられている。 The integrated optical device 10 includes the same number of subcarriers 20 as the plurality of LD30s, and includes three subcarriers 20-1, 20-2, and 20-3. The LD30 is mounted on the subcarrier 20 with a bare chip. LD30-1 is provided on the upper surface (surface) 21-1 of the subcarrier 20-1. The LD30-2 is provided on the upper surface (surface) 21-2 of the subcarrier 20-2. The LD30-3 is provided on the upper surface (surface) 21-3 of the subcarrier 20-3.

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)、シリコン(Si)等で構成されている。図2に示すように、サブキャリア20とLD30との間には、第1金属層91が設けられている。つまり、LD30は、第1金属層91を介してサブキャリア20と接続されている。第1金属層91は、サブキャリア20の上面21に接する金属層75と、金属層75の上面及びLD30の下面33に接する金属層76と、を有する。集積光学装置10では、z方向において、サブキャリア20−1とLD30−1とが金属層75−1及び金属層76−1を有する第1金属層91−1を介して接続されている。z方向において、サブキャリア20−2とLD30−2とが金属層75−2及び金属層76−2を有する第1金属層91−2を介して接続されている。z方向において、サブキャリア20−3とLD30−3とが金属層75−3及び金属層76−3を有する第1金属層91−3を介して接続されている。 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. 2, a first metal layer 91 is provided between the subcarrier 20 and the LD30. That is, the LD 30 is connected to the subcarrier 20 via the first metal layer 91. The first metal layer 91 has a metal layer 75 in contact with the upper surface 21 of the subcarrier 20, and a metal layer 76 in contact with the upper surface of the metal layer 75 and the lower surface 33 of the LD30. In the integrated optical device 10, the subcarrier 20-1 and the LD30-1 are connected to each other in the z direction via a first metal layer 91-1 having a metal layer 75-1 and a metal layer 76-1. In the z direction, the subcarriers 20-2 and LD30-2 are connected via a first metal layer 91-2 having a metal layer 75-2 and a metal layer 76-2. In the z direction, the subcarriers 20-3 and LD30-3 are connected via a first metal layer 91-3 having a metal layer 75-3 and a metal layer 76-3.

第1金属層91を構成する各金属層75,76を形成する方法は、特定されない。金属層75,76は、公知の方法によってz方向でサブキャリア20とLD30との間に形成され、例えばスパッタ、蒸着、ペースト化した金属の塗布等の公知の手法によって形成可能である。金属層75は、例えば金(Au)とスズ(Sn)との合金、スズ(Sn)と銅(Cu)との合金、インジウム(In)とビスマス(Bi)との合金及びスズ(Sn)−銀(Ag)−銅(Cu)系はんだ合金(SAC)からなる群から選択されるいずれかの合金で構成されている。金属層76は、例えば金(Au)、白金(Pt)、銀(Ag)、鉛(Pb)、インジウム(In)及びニッケル(Ni)からなる群から選択される1又は複数の金属で構成されている。 The method of forming the metal layers 75 and 76 constituting the first metal layer 91 is not specified. The metal layers 75 and 76 are formed between the subcarrier 20 and the LD30 in the z direction by a known method, and can be formed by a known method such as sputtering, vapor deposition, or coating of a pasted metal. The metal layer 75 is, for example, an alloy of gold (Au) and tin (Sn), an alloy of tin (Sn) and copper (Cu), an alloy of indium (In) and bismuth (Bi), and tin (Sn)-. It is composed of any alloy selected from the group consisting of silver (Ag) -copper (Cu) -based solder alloys (SAC). The metal layer 76 is composed of one or more metals selected from the group consisting of, for example, gold (Au), platinum (Pt), silver (Ag), lead (Pb), indium (In) and nickel (Ni). ing.

PLC50は、公知の半導体プロセスによって、基板40の上面41に、基板40と一体になるように作製されている。基板40は、シリコン(Si)で構成されている。前述の半導体プロセスは、集積回路等の微細な構造を形成する際に用いられるフォトリソグラフィやドライエッチングを含む。 The PLC 50 is manufactured by a known semiconductor process on the upper surface 41 of the substrate 40 so as to be integrated with the substrate 40. The substrate 40 is made of silicon (Si). The semiconductor process described above includes photolithography and dry etching used in forming fine structures such as integrated circuits.

基板40のy方向の後方即ち手前側の側面42、及びコア51の入射面61を含むPLC50のy方向の後方即ち手前側の側面には、反射防止膜81が設けられている。基板40のy方向の前方即ち奥側の側面、及びコア51の出射面64を含むPLC50のy方向の前方即ち奥側の側面には、反射防止膜82が設けられている。反射防止膜81は、PLC50のy方向の後方の側面のみに設けられてもよい。同様に、反射防止膜82は、PLC50のy方向の前方の側面のみに設けられてもよい。なお、図1では、第3金属層93及び反射防止膜81,82は、省略されている。 An antireflection film 81 is provided on the rear side, that is, the front side surface 42 in the y direction of the substrate 40, and the rear side, that is, the front side surface side in the y direction of the PLC 50 including the incident surface 61 of the core 51. An antireflection film 82 is provided on the front side, that is, the back side surface of the substrate 40 in the y direction, and the front side, that is, the back side side surface of the PLC 50 including the exit surface 64 of the core 51 in the y direction. The antireflection film 81 may be provided only on the rear side surface of the PLC 50 in the y direction. Similarly, the antireflection film 82 may be provided only on the front side surface of the PLC 50 in the y direction. In FIG. 1, the third metal layer 93 and the antireflection 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た多層膜である。前述の誘電体は、例えば酸化チタン(TiO)、酸化タンタル(Ta)、酸化シリコン(SiO)、酸化アルミニウム(Al)等である。 The antireflection films 81 and 82 prevent the incident light or the emitted light from the PLC 50 from being reflected from the incident surface 61 or the exit surface 64 in the direction opposite to the direction in which they enter each surface, and transmit the incident light or the emitted light. It is a film for increasing the rate. The antireflection films 81 and 82 are multilayer films in which, for example, a plurality of types of dielectrics are alternately laminated with a predetermined thickness according to the wavelengths of incident light such as red light, green light, and blue light. The above-mentioned dielectrics are, for example, titanium oxide (TiO 2 ), tantalum oxide (Ta 2 O 5 ), silicon oxide (SiO 2 ), aluminum oxide (Al 2 O 3 ) and the like.

図3に示すように、PLC50は、LD30−1,30−2,30−3と同数のコア51−1,51−2,51−3と、y方向に交差する方向でコア51−1,51−2,51−3を囲むクラッド52と、を備える。コア51−1,51−2,51−3の各々のx方向の大きさ及びz方向の大きさは、赤色光、緑色光、青色光の各波長を考慮して適宜設定されている。クラッド52のz方向の大きさは、特に限定されず、コア51−1,51−2,51−3の各々の大きさを考慮して適宜設定され、例えば50μm程度である。 As shown in FIG. 3, the PLC 50 has the same number of cores 51-1, 51-2, 51-3 as the LD30-1, 30-2, 30-3, and the cores 51-1 in the direction intersecting the y direction. A clad 52 that surrounds 51-2 and 51-3 is provided. The size of each of the cores 51-1, 51-2, and 53-1 in the x direction and the size in the z direction are appropriately set in consideration of the wavelengths of red light, green light, and blue light. The size of the clad 52 in the z direction is not particularly limited, and is appropriately set in consideration of the respective sizes of the cores 51-1, 51-2, and 53-1, and is, for example, about 50 μm.

コア51−1,51−2,51−3及びクラッド52は、主に石英で構成されている。コア51−1,51−2,51−3の各々の屈折率は、クラッド52の屈折率よりも所定値高い。コア51−1,51−2,51−3には、前述の所定値に応じた量の不純物が添加されている。不純物は、例えばゲルマニウム(Ge)等である。 The cores 51-1, 51-2, 53-1 and the clad 52 are mainly composed of quartz. The refractive index of each of the cores 51-1, 51-2, and 53-1 is higher than the refractive index of the clad 52 by a predetermined value. Impurities are added to the cores 51-1, 51-2, and 53-1 in an amount corresponding to the above-mentioned predetermined values. The impurities are, for example, germanium (Ge) and the like.

図4に示すように、サブキャリア20は、第3金属層93及び反射防止膜81を介して基板40と接続されている。第3金属層93は、金属層71,72,73を有する。金属層71は、サブキャリア20において基板40に対向する側面22に接している。金属層72は、基板40においてサブキャリア20に対向する側面42と反射防止膜81を介して接している。金属層73は、y方向で金属層71,72の間に設けられている。金属層73の融点は、金属層75の融点よりも低いことが好ましい。 As shown in FIG. 4, the subcarrier 20 is connected to the substrate 40 via the third metal layer 93 and the antireflection film 81. The third metal layer 93 has metal layers 71, 72, 73. The metal layer 71 is in contact with the side surface 22 of the subcarrier 20 facing the substrate 40. The metal layer 72 is in contact with the side surface 42 of the substrate 40 facing the subcarrier 20 via the antireflection film 81. The metal layer 73 is provided between the metal layers 71 and 72 in the y direction. The melting point of the metal layer 73 is preferably lower than the melting point of the metal layer 75.

金属層71は、金属層75と接触しない範囲で、側面22の略全域に設けられている。y方向に沿って見たとき、金属層72,73は、サブキャリア20よりも大きく形成されている。金属層72,73の各々のz方向の前端、即ち金属層72,73の各々の上端は、金属層71のz方向の前端、即ち金属層71の上端と略同じ位置にある。金属層72のz方向の後端、即ち下端は、金属層71のz方向の後端、即ち金属層71の下端よりもz方向の後方に位置している。金属層73のz方向の後端、即ち下端は、金属層72のz方向の後端よりもz方向の後方に位置している。金属層73のz方向の後端は、反射防止膜81のz方向の後端、即ち反射防止膜81の下端よりもz方向の前方に位置している。 The metal layer 71 is provided on substantially the entire surface of the side surface 22 so as not to come into contact with the metal layer 75. When viewed along the y direction, the metal layers 72 and 73 are formed larger than the subcarrier 20. The front end of each of the metal layers 72 and 73 in the z direction, that is, the upper end of each of the metal layers 72 and 73 is located at substantially the same position as the front end of the metal layer 71 in the z direction, that is, the upper end of the metal layer 71. The rear end, that is, the lower end of the metal layer 72 in the z direction is located behind the rear end of the metal layer 71 in the z direction, that is, the lower end of the metal layer 71 in the z direction. The rear end, that is, the lower end of the metal layer 73 in the z direction is located behind the rear end of the metal layer 72 in the z direction in the z direction. The rear end of the metal layer 73 in the z direction is located in front of the rear end of the antireflection film 81 in the z direction, that is, the lower end of the antireflection film 81 in the z direction.

金属層71の面積、即ち金属層71のx方向及びz方向を含む面内の大きさは、金属層72,73の面積、金属層72,73のx方向及びz方向を含む面内の大きさと略同じであるか、あるいは金属層72,73の面積よりも小さいことが好ましい。前述の構成では、基板40に対するサブキャリア20の接続強度が最大限に確保される。 The area of the metal layer 71, that is, the in-plane size of the metal layer 71 including the x-direction and the z-direction is the area of the metal layers 72 and 73 and the in-plane size of the metal layers 72 and 73 including the x-direction and the z-direction. It is preferably substantially the same as or smaller than the area of the metal layers 72 and 73. In the above configuration, the connection strength of the subcarrier 20 to the substrate 40 is secured to the maximum.

金属層71は、スパッタ又は蒸着等によって側面22に当接した状態で設けられ、例えば金(Au)、白金(Pt)、銀(Ag)、鉛(Pb)、インジウム(In)、ニッケル(Ni)、チタン(Ti)及びタンタル(Ta)からなる群から選択される1又は複数の金属で構成されている。金属層71は、金(Au)、白金(Pt)、銀(Ag)、鉛(Pb)、インジウム(In)及びニッケル(Ni)からなる群から選択される何れかの金属で構成されることが好ましい。 The metal layer 71 is provided in a state of being in contact with the side surface 22 by sputtering, vapor deposition, or the like, and is, for example, gold (Au), platinum (Pt), silver (Ag), lead (Pb), indium (In), nickel (Ni). ), Titanium (Ti) and tantalum (Ta). The metal layer 71 is composed of any metal selected from the group consisting of gold (Au), platinum (Pt), silver (Ag), lead (Pb), indium (In) and nickel (Ni). Is preferable.

金属層72は、スパッタ又は蒸着等によって側面42に当接した状態で設けられ、例えばチタン(Ti)、タンタル(Ta)及びタングステン(W)からなる群から選択される1又は複数の金属で構成されている。金属層72は、タンタル(Ta)で構成されることが好ましい。 The metal layer 72 is provided in contact with the side surface 42 by sputtering, vapor deposition, or the like, and is composed of one or a plurality of metals selected from the group consisting of, for example, titanium (Ti), tantalum (Ta), and tungsten (W). Has been done. The metal layer 72 is preferably composed of tantalum (Ta).

金属層73は、例えばAuSn、SnCu、InBi、SnAgCu、SnPdAg、SnBiIn及びPbBiInからなる群から選択される1又は複数の合金で構成されている。金属層73は、AuSn、SnAgCu及びSnBiInからなる群から選択されるいずれかの合金で構成されることが好ましい。 The metal layer 73 is composed of one or more alloys selected from the group consisting of, for example, AuSn, SnCu, InBi, SnAgCu, SnPdAg, SnBiIn and PbBiIn. The metal layer 73 is preferably composed of any alloy selected from the group consisting of AuSn, SnAgCu and SnBiIn.

サブキャリア20と基板40が上述のように第3金属層93及び反射防止膜81を介して接続されることによって、LD30の出射面31とPLC50において赤色光(光)、緑色光(光)、青色光(光)が入射するコア51の入射面61との間に隙間空間101が形成されている。LD30−1の出射面31−1は、コア51−1の入射面61−1と対向している。図示していないが、LD30−2の出射面31−2は、コア51−2の入射面61−2と対向している。LD30−3の出射面31−3は、コア51−3の入射面61−3と対向している。 By connecting the subcarrier 20 and the substrate 40 via the third metal layer 93 and the antireflection film 81 as described above, red light (light), green light (light), and green light (light) are formed on the exit surface 31 of the LD 30 and the PLC 50. A gap space 101 is formed between the core 51 and the incident surface 61 on which blue light (light) is incident. The exit surface 31-1 of the LD30-1 faces the entrance surface 61-1 of the core 51-1. Although not shown, the exit surface 31-2 of the LD30-2 faces the entrance surface 61-2 of the core 51-2. The exit surface 31-3 of the LD30-3 faces the entrance surface 61-3 of the core 51-3.

PLC50は、LD30の出射面31から出射される光をコア51に入射可能に配置されている。コア51−1の軸線JX−1は、LD30−1の出射面31−1から出射される赤色光LRの光軸AXRと略重なっている。図示していないが、コア51−2の軸線JX−2は、LD30−2の出射面31−2から出射される緑色光LGの光軸AXGと重なっている。コア51−3の軸線JX−3は、LD30−3の出射面31−3から出射される青色光LBの光軸AXBと重なっている。 The PLC 50 is arranged so that the light emitted from the exit surface 31 of the LD 30 can be incident on the core 51. The axis JX-1 of the core 51-1 substantially overlaps with the optical axis AXR of the red light LR emitted from the exit surface 31-1 of the LD30-1. Although not shown, the axis JX-2 of the core 51-2 overlaps with the optical axis AXG of the green light LG emitted from the exit surface 31-2 of the LD30-2. The axis JX-3 of the core 51-3 overlaps with the optical axis AXB of the blue light LB emitted from the exit surface 31-3 of the LD30-3.

LD30の出射面31とPLC50のコア51の入射面61とのy方向での間隔は、前述のようにLD30の出射面31から出射される光が所定の光量でコア51に入射するように適宜設定され、例えば0〜5μm程度である。例えば、ヘッドマウントディスプレイに用いられる集積光学装置10では、LD30の出射面31とPLC50のコア51の入射面61とのy方向での間隔は、0μmよりも大きく、5μm以下である。 The distance between the exit surface 31 of the LD30 and the incident surface 61 of the core 51 of the PLC50 in the y direction is appropriately set so that the light emitted from the exit surface 31 of the LD30 is incident on the core 51 with a predetermined amount of light as described above. It is set, for example, about 0 to 5 μm. For example, in the integrated optical device 10 used for a head-mounted display, the distance between the exit surface 31 of the LD30 and the incident surface 61 of the core 51 of the PLC50 in the y direction is larger than 0 μm and 5 μm or less.

y方向において、LD30の出射面31とサブキャリア20においてy方向でPLC50の方を向く側面22とは、略同一面上に配されている。つまり、y方向において、LD30の出射面31とサブキャリア20の側面22とは、略同一の位置にあり、互いに略同一面を形成している。「略同一」とは、LD30の出射面31とサブキャリア20の側面22とのy方向でのずれが光学的に無視できる程度の大きさであることを意味する。例えば、前述のずれは、0μm以上10μm以下であり、0μm以上5μm以下であることが好ましく、0μm以上2μm以下であることがより好ましく、0μmであることが特段好ましい。LD30の出射面31がサブキャリア20の側面22から20μmを超えてy方向の前方にずれると、LD30がサブキャリア20よりも大きくPLC50に近づく方向に突出し、LD30とサブキャリア20との接合強度の低下が著しくなり、且つ第3金属層93のy方向の大きさを過剰に確保しなければならず、サブキャリア20と基板40との接合強度の低下が生じ、集積光学装置10の信頼性が低下する虞がある。LD30の出射面31がサブキャリア20の側面22から10μmを超えてy方向の後方にずれると、LD30から出射された光がサブキャリア20のy方向の前端且つz方向の前端の角部に当たり、PLC50に入射する光量が減少し、あるいは不要な散乱光が生じ、集積光学装置10の信頼性が低下する虞がある。 In the y direction, the exit surface 31 of the LD 30 and the side surface 22 of the subcarrier 20 facing the PLC 50 in the y direction are arranged on substantially the same surface. That is, in the y direction, the exit surface 31 of the LD 30 and the side surface 22 of the subcarrier 20 are at substantially the same position and form substantially the same surface with each other. By "substantially the same", it means that the deviation between the exit surface 31 of the LD 30 and the side surface 22 of the subcarrier 20 in the y direction is optically negligible. For example, the above-mentioned deviation is 0 μm or more and 10 μm or less, preferably 0 μm or more and 5 μm or less, more preferably 0 μm or more and 2 μm or less, and particularly preferably 0 μm. When the exit surface 31 of the LD 30 is displaced forward in the y direction beyond 20 μm from the side surface 22 of the subcarrier 20, the LD30 protrudes in a direction closer to the PLC 50 than the subcarrier 20, and the bonding strength between the LD30 and the subcarrier 20 is increased. The decrease becomes remarkable, and the size of the third metal layer 93 in the y direction must be excessively secured, the bonding strength between the subcarrier 20 and the substrate 40 decreases, and the reliability of the integrated optical device 10 becomes low. It may decrease. When the exit surface 31 of the LD 30 is displaced rearward in the y direction beyond 10 μm from the side surface 22 of the subcarrier 20, the light emitted from the LD30 hits the corners of the front end in the y direction and the front end in the z direction of the subcarrier 20. There is a risk that the amount of light incident on the PLC 50 will decrease, or unnecessary scattered light will be generated, and the reliability of the integrated optical device 10 will decrease.

図5に示すように、コア51−1,51−2,51−3は、PLC50の出射面64に到達するy方向での位置よりもy方向の後方で互いに1つに集められている。コア51−1,51−2,51−3は、y方向の前方に向かうにしたがって順次互いに近づき、1つのコア51−4に合流する。コア51−1,51−2,51−3からの漏れ光が生じないように、コア51−1,51−2,51−3はそれぞれ、所定の曲率半径以上の曲率半径でコア51−4に接続されるのが好ましい。 As shown in FIG. 5, the cores 51-1, 51-2, and 51-3 are gathered together in the y direction behind the position in the y direction reaching the exit surface 64 of the PLC 50. The cores 51-1, 51-2, and 53-1 approach each other in sequence toward the front in the y direction and join one core 54-1. The cores 51-1, 51-2, and 53-1 each have a radius of curvature equal to or greater than a predetermined radius of curvature so that light leakage from the cores 51-1, 51-2, and 53-1 does not occur. It is preferable to be connected to.

LD30−1,30−2,30−3から発せられる赤色光、緑色光、青色光は、コア51−1,51−2,51−3にそれぞれ入射した後、各コア内を伝搬する。コア51−1,51−2を伝搬する赤色光及び緑色光は、合流位置57−1で合わさり、コア51−1,51−2同士が合流したコア51−7内を伝搬する。コア51−3、51−7を伝搬する赤色光、緑色光及び青色光は、合流位置57−2で合わさり、コア51−3、51−7同士が合流し、コア51−4に入射する。合流位置57−2は、合流位置57−1よりもy方向の前方にある。合流位置57−2で赤色光、緑色光及び青色光が合わさった3色光は、コア51−4内を伝搬し、出射面64に到達する。出射面64から出射される3色光は、例えば集積光学装置10の使用目的に応じて信号光等として用いられる。 The red light, green light, and blue light emitted from the LD30-1, 30-2, and 30-3 enter the cores 51-1, 51-2, and 53-1, respectively, and then propagate in each core. The red light and green light propagating through the cores 51-1 and 51-2 meet at the merging position 57-1 and propagate in the core 51-7 where the cores 51-1 and 51-2 merge. The red light, green light, and blue light propagating through the cores 51-3 and 51-7 meet at the merging position 57-2, and the cores 51-3 and 51-7 merge with each other and enter the core 51-4. The merging position 57-2 is ahead of the merging position 57-1 in the y direction. The three-color light, which is a combination of red light, green light, and blue light at the merging position 57-2, propagates in the core 51-4 and reaches the exit surface 64. The three-color light emitted from the exit surface 64 is used, for example, as signal light or the like depending on the purpose of use of the integrated optical device 10.

図6及び図7に示すように、本実施形態の集積光モジュール100は、上述の集積光学装置10をパッケージ110に収容したモジュールである。集積光モジュール100は、集積光学装置10と、パッケージ110と、を備える。パッケージ110は、キャビティ構造を有する本体102と、本体102を覆うカバー105と、を備える。 As shown in FIGS. 6 and 7, the integrated optical module 100 of this embodiment is a module in which the above-mentioned integrated optical device 10 is housed in a package 110. The integrated optical module 100 includes an integrated optical device 10 and a package 110. The package 110 includes a main body 102 having a cavity structure and a cover 105 that covers the main 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、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)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。 The main body 102 has a box-shaped accommodating portion 107 in which the integrated optical device 10 is accommodated, and an electrode portion 108 adjacent to the accommodating portion 107. The main body 102 is made of, for example, ceramic or the like. An opening is formed on the upper surface of the accommodating portion 107. A metal film 112 such as Kovar is formed on the upper surface of the accommodating portion 107 at the periphery of the opening when viewed from above. The cover 105 covers the opening formed on the upper surface of the accommodating portion 107 without a gap through the metal film 112. When the accommodating 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 accommodating portion 107. That is, the accommodating portion 107 is hermetically sealed by the cover 105. The internal space of the accommodating portion 107 is filled with an inert gas.

電極部108は、収容部107のy方向で後方、即ちy方向の手前側に配置されている。電極部108のz方向の前方の面、即ち上面は、収容部107のz方向の前方の面、即ち上面よりもz方向の後方即ち下に位置している。電極部108の底面は、収容部107の底面と略同じ高さに位置している。電極部108の上面には、x方向に間隔をあけて複数の外部電極パッド210が設けられている。 The electrode portion 108 is arranged behind the accommodating portion 107 in the y direction, that is, on the front side in the y direction. The front surface of the electrode portion 108 in the z direction, that is, the upper surface is located on the front surface of the accommodating portion 107 in the z direction, that is, behind or below the upper surface in the z direction. The bottom surface of the electrode portion 108 is located at substantially the same height as the bottom surface of the accommodating portion 107. A plurality of external electrode pads 210 are provided on the upper surface of the electrode portion 108 at intervals in the x direction.

図8及び図9に示すように、収容部107の底壁部131の所定の位置に、集積光学装置10を設置するための土台180が設けられている。つまり、集積光学装置10は、収容部107の内部空間に配置されている。 As shown in FIGS. 8 and 9, a base 180 for installing the integrated optical device 10 is provided at a predetermined position of the bottom wall portion 131 of the accommodating portion 107. That is, the integrated optical device 10 is arranged in the internal space of the accommodating portion 107.

図8に示すように、底壁部131の上面においてy方向でサブキャリア20の下方の土台180と外部電極パッド210との間の位置には、x方向に間隔をあけて複数の内部電極パッド202が設けられている。 As shown in FIG. 8, a plurality of internal electrode pads are spaced apart from each other in the x direction at positions between the base 180 below the subcarrier 20 and the external electrode pads 210 on the upper surface of the bottom wall portion 131 in the y direction. 202 is provided.

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、集積光モジュール100では、LD30と不図示の電源とがワイヤー95、内部電極パッド202−1、202−2、202−3及び外部電極パッド210によって接続されている。不図示の電源から内部電極パッド202−1、202−2、202−3の各々に対応する外部電極パッド210に電力が供給されることによって、LD30−1、30−2、30−3から赤色光、緑色光、青色光が出射される。 Each of the internal electrode pads 202-1, 202-2, and 202-3 is connected to external electrode pads 210 that are different from each other. As described above, the external electrode pad 210 electrically connected to each of the internal electrode pads 202-1202-2 and 202-3 is electrically connected to a power source or the like (not shown). That is, in the integrated optical module 100, the LD30 and the power supply (not shown) are connected by a wire 95, internal electrode pads 202-1, 202-2, 202-3, and an external electrode pad 210. By supplying power to the external electrode pads 210 corresponding to the internal electrode pads 202-1, 202-2, and 202-3 from a power source (not shown), the LD30-1, 30-2, and 30-3 are red. Light, green light, and blue light are emitted.

図9に示すように、集積光学装置10は、第2金属層92を介してパッケージ110の土台180に固定されている。第2金属層92は、金属層171,172,173を有する。なお、図9では、集積光学装置10の第3金属層93の金属層71,72,73は、まとめて第3金属層93として示されている。金属層171,172,173は、土台180上で172、173、171の順で形成されている。金属層171,172,173の各々を構成する金属及び合金等は、例えば金属層71,72,73の各々を構成する金属、合金等と同じであってもよく、金属層71,72,73について説明した各群のうちから選択されてもよい。 As shown in FIG. 9, the integrated optical device 10 is fixed to the base 180 of the package 110 via the second metal layer 92. The second metal layer 92 has metal layers 171, 172, and 173. In FIG. 9, the metal layers 71, 72, and 73 of the third metal layer 93 of the integrated optical device 10 are collectively shown as the third metal layer 93. The metal layers 171, 172, and 173 are formed on the base 180 in the order of 172, 173, and 171. The metals, alloys, etc. constituting each of the metal layers 171, 172, and 173 may be the same as the metals, alloys, etc. constituting each of the metal layers 71, 72, 73, and the metal layers 71, 72, 73 may be the same. It may be selected from each of the groups described in.

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10及び図11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。開口133は、PLC50のコア51−4から出射される3色光が通過してパッケージ110の外部に出射させるための窓である。 Of the side wall 132 of the accommodating portion 107, an opening 133 is formed in the side wall 132 facing the exit surface 31 of the PLC 50 of the integrated optical device 10. The opening 133 is formed around a position intersecting the optical axis of the three-color light emitted from the core 51-4 of the PLC 50 on the side wall portion 132. The opening 133 is formed to be larger than the size on the surface of the side wall portion 132 of the three-color light that is emitted from the core 51-4 and spreads in the internal space of the accommodating portion 107. As shown in FIGS. 10 and 11, the opening 133 is covered by the glass plate 220 from the outside of the side wall portion 132 without any gap. That is, the accommodating portion 107 is hermetically sealed by a glass plate 220 in addition to the cover 105. Antireflection films (not shown) are provided on both surface of the glass plate 220. The opening 133 is a window through which the three-color light emitted from the cores 51-4 of the PLC 50 passes and is emitted to the outside of the package 110.

集積光学装置10のPLC50のコア51−4から出射された3色光LLは、y方向を中心に拡散しつつ、図11に示すように、開口133及びガラス板220を通り、パッケージ110の外部に出射され、y方向で奥側、即ちy方向の前方に進行する。例えば、パッケージ110の側壁部132−1よりもy方向の前方即ち奥側に、コリメートレンズ310を備えたコリメート装置300を配置できる。y方向における出射面31とコリメートレンズ310との距離をコリメートレンズ310の焦点距離に合わせ、3色光LLの光軸上にコリメートレンズ310の中心を合わせることによって、集積光学装置10のPLC50のコア51−4から出射された3色光LLがコリメートされ、平行光になる。なお、図11には、コリメート装置300がパッケージ110の外部に配置されているが、コリメートレンズ310がパッケージ110の内部に収容されてもよい。ガラス板220が開口133を気密封止できれば、ガラス板220においてPLC50から出射された3色光がとおり領域にコリメートレンズ310が形成されてもよい。 The three-color light LL emitted from the core 51-4 of the PLC50 of the integrated optical device 10 passes through the opening 133 and the glass plate 220 while diffusing around the y direction to the outside of the package 110. It is emitted and travels to the back side in the y direction, that is, to the front in the y direction. For example, the collimating device 300 provided with the collimating lens 310 can be arranged in front of, that is, behind the side wall portion 132-1 of the package 110 in the y direction. 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 core 51 of the PLC 50 of the integrated optical device 10 The three-color light LL emitted from -4 is collimated to become parallel light. Although the collimating device 300 is arranged outside the package 110 in FIG. 11, the collimating lens 310 may be housed inside the package 110. If the glass plate 220 can hermetically seal the opening 133, the collimating lens 310 may be formed in the region through which the three-color light emitted from the PLC 50 passes through the glass plate 220.

次いで、集積光学装置10の製造方法を簡単に説明する。 Next, a method of manufacturing the integrated optical device 10 will be briefly described.

先ず、サブキャリア20の上面21に、ベアチップのLD30を公知の手法を用いて実装する。例えば、サブキャリア20の上面21に金属層75をスパッタ又は蒸着等を用いて形成した後、LD30の下面33(例えば、LD30−1の下面33−1)に金属層76をスパッタ又は蒸着等を用いて形成する。サブキャリア20の上面21に金属層をスパッタ又は蒸着等を用いて形成した後に、上記金属層の上に金属層75をスパッタ又は蒸着等を用いて形成してもよい。 First, the bare chip LD30 is mounted on the upper surface 21 of the subcarrier 20 by a known method. For example, after forming the metal layer 75 on the upper surface 21 of the subcarrier 20 by sputtering or vapor deposition, the metal layer 76 is sputtered or vapor-deposited on the lower surface 33 of the LD30 (for example, the lower surface 33-1 of the LD30-1). Form using. A metal layer may be formed on the upper surface 21 of the subcarrier 20 by sputtering, vapor deposition, or the like, and then a metal layer 75 may be formed on the metal layer by sputtering, vapor deposition, or the like.

次に、図12に示すように、例えば、レーザー90からレーザー光をサブキャリア20に照射する。レーザー光の照射によって、サブキャリア20のみを溶融及び変形しない程度に加熱し、サブキャリア20からの伝熱によって金属層75,76を軟化あるいは溶融し、第1金属層91を形成し、その後冷却する。これらの作業により、サブキャリア20の上面21に、金属層75,76を介してLD30を接合する。その後、サブキャリア20の側面22に金属層71をスパッタ又は蒸着等を用いて形成する。 Next, as shown in FIG. 12, for example, the subcarrier 20 is irradiated with laser light from the laser 90. Irradiation with laser light heats only the subcarrier 20 to the extent that it does not melt and deform, and heat transfer from the subcarrier 20 softens or melts the metal layers 75 and 76 to form the first metal layer 91, which is then cooled. do. By these operations, the LD30 is joined to the upper surface 21 of the subcarrier 20 via the metal layers 75 and 76. After that, a metal layer 71 is formed on the side surface 22 of the subcarrier 20 by sputtering, vapor deposition, or the like.

基板40の上面41に、公知の半導体プロセスによってPLC50を形成する。続いて、入射面61及び出射面64に反射防止膜81,82、不図示の反射防止膜を形成する。その後、反射防止膜81のy方向の後方に、金属層72,73をこの順に、スパッタ又は蒸着等を用いて形成する。 The PLC 50 is formed on the upper surface 41 of the substrate 40 by a known semiconductor process. Subsequently, antireflection films 81 and 82 and antireflection films (not shown) are formed on the entrance surface 61 and the exit surface 64. Then, the metal layers 72 and 73 are formed behind the antireflection film 81 in the y direction in this order by sputtering, vapor deposition, or the like.

次に、互いに対応するLD30−1,30−2,30−3の出射面31−1,31−2,31−3とコア51−1,51−2,51−3の入射面61−1,61−2,61−3とをx方向及びz方向において互いに重ね、y方向に所定の間隔をあけて対向させる。LD30から発せられる各色光の光軸と対応するコアの入射面61の軸線とを略重ねる。 Next, the exit surfaces 31-1, 31-2, 31-3 of the LD30-1, 30-2, 30-3 and the incident surfaces 61-1 of the cores 51-1, 51-2, 53-1 corresponding to each other , 61-2, 61-3 are overlapped with each other in the x-direction and the z-direction, and face each other with a predetermined interval in the y-direction. The optical axis of each color light emitted from the LD 30 and the axis of the incident surface 61 of the corresponding core are substantially overlapped.

次に、図13に示すように、レーザー90からレーザー光をサブキャリア20に照射し、サブキャリア20からの伝熱によって金属層71,72,73を軟化あるいは溶融させ、第3金属層93を形成し、LD30とPLC50との相対位置を調整しつつ、PLC50が形成された基板40に、LD30が実装されたサブキャリア20を接合する。 Next, as shown in FIG. 13, the subcarrier 20 is irradiated with laser light from the laser 90, and the metal layers 71, 72, and 73 are softened or melted by heat transfer from the subcarrier 20, and the third metal layer 93 is formed. The subcarrier 20 on which the LD30 is mounted is joined to the substrate 40 on which the PLC50 is formed while adjusting the relative positions of the LD30 and the PLC50.

上述したLD30とサブキャリア20との接合時には、図14に示すように、x方向におけるサブキャリア20の両側にレーザー90を配置する。レーザー90から出射された光を図14の矢印で示す方向に沿ってサブキャリア20に当てて加熱し、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。同時に、LD30から各色光を発し、発光強度を検出すると共に、PLC50のコア51−4から出射される3色光の出射強度を検出する。 At the time of joining the LD 30 and the subcarrier 20 described above, lasers 90 are arranged on both sides of the subcarrier 20 in the x direction as shown in FIG. The light emitted from the laser 90 is applied to the subcarrier 20 along the direction indicated by the arrow in FIG. 14 to heat the subcarrier 20, and only the subcarrier 20 is heated to such an extent that it is not melted or deformed. At the same time, each color light is emitted from the LD30 to detect the emission intensity, and the emission intensity of the three color lights emitted from the cores 51-4 of the PLC 50 is detected.

図15に示すように、y方向における出射面31と入射面61との間隔Sをミクロンオーダーの値で変化させ、発光強度に対する出射強度を光利用効率[%]とすると、間隔Sが大きくなる程、光利用効率が低下する。図15では、S<S<S<S<S<S<Sである。最適な間隔Sは、集積光学装置10の使用用途、LD30の発光パターン、コア51−1,51−2,51−3のx方向及びz方向の大きさによって変わる。これらの条件を勘案し、求められる光利用効率を満たすように間隔S及びLD30の位置、姿勢を調整する。前述したLD30の位置、姿勢の調整は、所謂アクティブアライメント及びギャップコントロールを行うことを意味する。前述の間隔S及びLD30の調整は、アクティブアライメントの機能を有する公知の装置を用いて行うことができる。 As shown in FIG. 15, when the distance S between the exit surface 31 and the incident surface 61 in the y direction is changed by a value on the order of microns and the emission intensity with respect to the emission intensity is set to the light utilization efficiency [%], the interval S becomes large. The more the light utilization efficiency decreases. In FIG. 15, S a <S b <S c <S d <S e <S f <S g . The optimum interval S varies depending on the intended use of the integrated optical device 10, the light emission pattern of the LD30, and the sizes of the cores 51-1, 51-2, and 53-1 in the x-direction and the z-direction. In consideration of these conditions, the positions and orientations of the intervals S and LD30 are adjusted so as to satisfy the required light utilization efficiency. The adjustment of the position and posture of the LD30 described above means that so-called active alignment and gap control are performed. The above-mentioned adjustment of the interval S and LD30 can be performed using a known device having an active alignment function.

アクティブアライメント及びギャップコントロールとサブキャリア20の加熱を行うと、図14に示すように、最適な位置に配置されたLD30の出射面31と入射面61との間の金属層71,72,73は、金属層73の合金化及び僅かな熱収縮によって、LD30の出射面31とコア51の入射面61との間に挟まれていない各金属層よりも薄くなる。レーザー90によるサブキャリア20の加熱を止めることによって冷却され、LD30の位置が固定される。以上の手順を進めることによって、集積光学装置10を製造できる。 When active alignment, gap control, and heating of the subcarrier 20 are performed, as shown in FIG. 14, the metal layers 71, 72, and 73 between the exit surface 31 and the entrance surface 61 of the LD30 arranged at the optimum positions are formed. Due to the alloying of the metal layer 73 and slight heat shrinkage, the metal layer 73 becomes thinner than each metal layer not sandwiched between the exit surface 31 of the LD30 and the incident surface 61 of the core 51. It is cooled by stopping the heating of the subcarrier 20 by the laser 90, and the position of the LD 30 is fixed. By proceeding with the above procedure, the integrated optical device 10 can be manufactured.

以上説明した本実施形態に係る集積光学装置10は、サブキャリア20と、サブキャリア20の上面21に設けられたLD30と、LD30から出射される光を入射可能に配置されたPLC50と、を備える。LD30から光が出射される出射面31とサブキャリア20においてPLC50に対向する側面22とが略同一面上に配されている。 The integrated optical device 10 according to the present embodiment described above includes a subcarrier 20, an LD30 provided on the upper surface 21 of the subcarrier 20, and a PLC50 arranged so that light emitted from the LD30 can be incident. .. The exit surface 31 from which light is emitted from the LD 30 and the side surface 22 of the subcarrier 20 facing the PLC 50 are arranged on substantially the same surface.

上述の構成によれば、LD30の出射面31とサブキャリア20の側面22とがy方向で略同一の位置にあるので、LD30をサブキャリア20よりもy方向の前方に突出させることがなく、LD30のサブキャリア20への接合強度の低下を防止できる。LD30の出射面31とサブキャリア20の側面22とがy方向で略同一の位置にあるので、第3金属層93のy方向の大きさを、LD30の出射面31とLD30に対応するPLC50のコア51の入射面61とのy方向での間隔と略同一にすることができる。このことによって、図13に示すように、サブキャリア20からの伝熱によって金属層71,72,73を軟化あるいは溶融させ、LD30とPLC50との相対位置を調整しつつ、基板40にサブキャリア20を接合する作業時において、PLC50のコア51の入射面61とのy方向での間隔の制御(即ち、ギャップ制御)を容易且つ高精度に行うことができる。LD30の出射面31とサブキャリア20の側面22とがy方向で略同一の位置にあるので、出射面31から出射された光がサブキャリア20に当たってPLC50のコア51への光の結合効率が低下することを防止できる。したがって、信頼性の高い集積光学装置10を提供できる。 According to the above configuration, since the exit surface 31 of the LD 30 and the side surface 22 of the subcarrier 20 are at substantially the same position in the y direction, the LD 30 does not protrude forward from the subcarrier 20 in the y direction. It is possible to prevent a decrease in the bonding strength of the LD30 to the subcarrier 20. Since the exit surface 31 of the LD30 and the side surface 22 of the subcarrier 20 are substantially at the same position in the y direction, the size of the third metal layer 93 in the y direction is set to the size of the exit surface 31 of the LD30 and the PLC50 corresponding to the LD30. The distance between the core 51 and the incident surface 61 in the y direction can be substantially the same. As a result, as shown in FIG. 13, the metal layers 71, 72, and 73 are softened or melted by heat transfer from the subcarrier 20, and the subcarrier 20 is attached to the substrate 40 while adjusting the relative positions of the LD 30 and the PLC 50. In the work of joining the PLCs, it is possible to easily and highly accurately control the distance between the core 51 of the PLC 50 and the incident surface 61 in the y direction (that is, gap control). Since the exit surface 31 of the LD 30 and the side surface 22 of the subcarrier 20 are at substantially the same position in the y direction, the light emitted from the exit surface 31 hits the subcarrier 20 and the efficiency of binding the light to the core 51 of the PLC 50 is reduced. Can be prevented. Therefore, a highly reliable integrated optical device 10 can be provided.

集積光学装置10では、サブキャリア20とLD30とは、金属層75,76を有する第1金属層91を介して接続されている。このことによって、集積光学装置10の製造において、金属層75,76を溶融あるいは軟化してLD30とサブキャリア20とを接合した後、金属層71,72,73を溶融あるいは軟化してサブキャリア20と基板40とを接合する際に、金属層75が再溶融してLD30とサブキャリア20との相対的な位置ずれが生じるのを防止できる。LD30とサブキャリア20との相対的な位置ずれを防止することによって、サブキャリア20を介して接続されたLD30とPLC50との位置精度を高め、信頼性の高い集積光学装置10を提供できる。 In the integrated optical device 10, the subcarrier 20 and the LD30 are connected to each other via a first metal layer 91 having metal layers 75 and 76. As a result, in the manufacture of the integrated optical device 10, the metal layers 75 and 76 are melted or softened to bond the LD30 and the subcarrier 20, and then the metal layers 71, 72 and 73 are melted or softened to melt or soften the subcarrier 20. It is possible to prevent the metal layer 75 from being remelted and causing a relative misalignment between the LD 30 and the subcarrier 20 when the substrate 40 and the substrate 40 are joined. By preventing the relative misalignment between the LD 30 and the sub carrier 20, the positional accuracy between the LD 30 and the PLC 50 connected via the sub carrier 20 can be improved, and a highly reliable integrated optical device 10 can be provided.

合金化による金属層75,76によるサブキャリア20とLD30との接合は、熱に強く、例えば図16に示すようにワイヤーボンディング等の工程で周囲の環境温度が高くなっても解除されにくい。例えばワイヤーボンディング等の方法を用いてLD30と不図示の電源とをワイヤー95によってサブキャリア20の上面21で接続する際に、サブキャリア20とLD30との接合状態が良好に維持された状態が維持される。つまり、ワイヤーボンディングする際に、LD30とサブキャリア20が離れず、LD30がサブキャリア20の最適な位置に維持される。このことによって、集積光学装置10に所望の光利用効率及び光学特性を発揮させ、集積光学装置10の信頼性を高めることができる。 The bonding between the subcarrier 20 and the LD30 by the metal layers 75 and 76 by alloying is resistant to heat, and is difficult to be released even if the ambient temperature rises in a process such as wire bonding as shown in FIG. 16, for example. For example, when the LD 30 and the power supply (not shown) are connected by the wire 95 on the upper surface 21 of the sub carrier 20 by using a method such as wire bonding, the state in which the sub carrier 20 and the LD 30 are well bonded is maintained. Will be done. That is, at the time of wire bonding, the LD 30 and the sub carrier 20 are not separated from each other, and the LD 30 is maintained at the optimum position of the sub carrier 20. As a result, the integrated optical device 10 can exhibit desired light utilization efficiency and optical characteristics, and the reliability of the integrated optical device 10 can be enhanced.

集積光学装置10では、LD30の出射面31とPLC50において各色光が入射する入射面61との間に隙間空間101が形成されている。集積光学装置10は、LD30の出射面31から出射された各色光は、隙間空間101をy方向に沿って伝搬し、PLC50のコア51の入射面61に入射するように構成されている。前述の構成によって、LD30の出射面31から出射された各色光を所定の結合効率を満たした状態でPLC50のコア51に入射させることが容易であり、信頼性の高い集積光学装置10を提供できる。 In the integrated optical device 10, a gap space 101 is formed between the exit surface 31 of the LD 30 and the incident surface 61 on which each color light is incident on the PLC 50. The integrated optical device 10 is configured such that each color light emitted from the exit surface 31 of the LD 30 propagates in the gap space 101 along the y direction and is incident on the incident surface 61 of the core 51 of the PLC 50. With the above configuration, it is easy to make each color light emitted from the exit surface 31 of the LD 30 incident on the core 51 of the PLC 50 in a state of satisfying a predetermined coupling efficiency, and it is possible to provide a highly reliable integrated optical device 10. ..

本実施形態に係る集積光モジュール100では、上述の集積光学装置10がパッケージ110に収容されている。したがって、パッケージ110内に充填したガスは、隙間空間101も同じガスで占有されることになる。ガスは特に限定されるものではないが、ガスには空気や、窒素等の不活性ガスを使用できる。
以上説明した通り、集積光モジュール100において、集積光学装置10は、第2金属層92を介してパッケージ110の内部で固定されている。集積光モジュール100は、集積光学装置10を備え、LD30の出射面31とサブキャリア20の側面22とがy方向で略同一の位置にあるので、信頼性を高めることができる。集積光モジュール100によれば、高い信頼性のもとで、使用目的に合った所望の光量の3色光を得られる。
In the integrated optical module 100 according to the present embodiment, the integrated optical device 10 described above is housed in the package 110. Therefore, the gas filled in the package 110 also occupies the gap space 101 with the same gas. The gas is not particularly limited, but air or an inert gas such as nitrogen can be used as the gas.
As described above, in the integrated optical module 100, the integrated optical device 10 is fixed inside the package 110 via the second metal layer 92. Since the integrated optical module 100 includes the integrated optical device 10 and the exit surface 31 of the LD 30 and the side surface 22 of the subcarrier 20 are at substantially the same position in the y direction, reliability can be improved. According to the integrated optical module 100, it is possible to obtain three-color light of a desired amount of light suitable for the purpose of use with high reliability.

以上、本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変更が可能である。 Although the preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited to the specific embodiments, and various aspects of the present invention are described within the scope of the claims. It can be changed.

例えば、図17に示すように、集積光学装置10において、サブキャリア20とLD30とは、第1樹脂層99を介して接続されてもよい。第1樹脂層99は、例えば紫外線硬化樹脂や熱硬化樹脂等で構成されている。第1樹脂層99として紫外線硬化樹脂を用いる場合は、集積光学装置10の製造工程において、サブキャリア20の上面21にLD30を接合する際に、図12に示す構成において、金属層75,76を紫外線硬化樹脂に置き換え、レーザー90を紫外線照射装置に置き換えればよい。前述の変形例の集積光学装置では、LD30の出射面31とサブキャリア20の側面22とが略同一面上に配されているので、集積光学装置10と同様の作用効果を得ることができる。 For example, as shown in FIG. 17, in the integrated optical device 10, the subcarrier 20 and the LD30 may be connected via the first resin layer 99. The first resin layer 99 is made of, for example, an ultraviolet curable resin or a thermosetting resin. When an ultraviolet curable resin is used as the first resin layer 99, when the LD30 is bonded to the upper surface 21 of the subcarrier 20 in the manufacturing process of the integrated optical device 10, the metal layers 75 and 76 are formed in the configuration shown in FIG. The laser 90 may be replaced with an ultraviolet irradiation device instead of the ultraviolet curable resin. In the integrated optical device of the above-described modification, since the exit surface 31 of the LD 30 and the side surface 22 of the subcarrier 20 are arranged on substantially the same surface, the same effect as that of the integrated optical device 10 can be obtained.

図18に示すように、集積光学装置10において、LD30の出射面31とPLC50のコア51の入射面61との間に樹脂98、あるいは樹脂以外の任意素材が設けられてもよい。但し、樹脂98及び前述の任意素材は、LD20から出射された光を透過可能である。PLC50のコア51への光の結合効率を高めるために、樹脂98及び前述の任意素材のLD20から出射される光に対する全光透過率は高い程好ましく、例えば80%以上であることが好ましい。LD30の出射面31とPLC50のコア51の入射面61との間に樹脂98が設けられた場合、各色光はLD30の出射面31から出射され、樹脂98に入射すると共に樹脂98を伝搬し、入射面61からPLC50のコア51に入射する。樹脂98及び前述の任意素材の屈折率を適切に設定することによって、反射防止膜81を省略できる。前述の変形例の集積光学装置では、LD30の出射面31とサブキャリア20の側面22とが略同一面上に配されているので、集積光学装置10と同様の作用効果を得ることができる。 As shown in FIG. 18, in the integrated optical device 10, resin 98 or an arbitrary material other than resin may be provided between the exit surface 31 of the LD 30 and the incident surface 61 of the core 51 of the PLC 50. However, the resin 98 and the above-mentioned optional material can transmit the light emitted from the LD 20. In order to increase the efficiency of binding light to the core 51 of the PLC 50, the higher the total light transmittance with respect to the light emitted from the resin 98 and the LD20 of the above-mentioned arbitrary material, the more preferably, for example, 80% or more. When the resin 98 is provided between the exit surface 31 of the LD30 and the incident surface 61 of the core 51 of the PLC50, each color light is emitted from the exit surface 31 of the LD30, is incident on the resin 98, and propagates through the resin 98. It is incident on the core 51 of the PLC 50 from the incident surface 61. The antireflection film 81 can be omitted by appropriately setting the refractive index of the resin 98 and the above-mentioned arbitrary material. In the integrated optical device of the above-described modification, since the exit surface 31 of the LD 30 and the side surface 22 of the subcarrier 20 are arranged on substantially the same surface, the same effect as that of the integrated optical device 10 can be obtained.

例えば、図9に示す集積光モジュール100の一部の構成において、図示していないが、集積光学装置10は、第2金属層92に替えて第2樹脂層を介してパッケージ110の内部で土台180に固定されてもよい。第2金属層92は、例えばアクリル樹脂やエポキシ樹脂を含む紫外線硬化樹脂や熱硬化樹脂等で構成されている。樹脂による固定を行うことによって、金属による固定を行うときのように局所的な加熱をすることは難しいが、金属による固定よりも低い温度での固定が可能となり、集積光学装置10への熱による影響を小さくすることが可能となる。前述の変形例の集積光学装置では、LD30の出射面31とサブキャリア20の側面22とが略同一面上に配されているので、集積光学装置10と同様の作用効果を得ることができる。 For example, in a part of the configuration of the integrated optical module 100 shown in FIG. 9, although not shown, the integrated optical device 10 is a base inside the package 110 via a second resin layer instead of the second metal layer 92. It may be fixed to 180. The second metal layer 92 is made of, for example, an ultraviolet curable resin containing an acrylic resin or an epoxy resin, a thermosetting resin, or the like. By fixing with resin, it is difficult to locally heat as when fixing with metal, but it is possible to fix at a lower temperature than fixing with metal, and it is possible to fix with the integrated optical device 10 by heat. The impact can be reduced. In the integrated optical device of the above-described modification, since the exit surface 31 of the LD 30 and the side surface 22 of the subcarrier 20 are arranged on substantially the same surface, the same effect as that of the integrated optical device 10 can be obtained.

例えば、集積光学装置10では、第1金属層91は、1つの金属層によって構成されてもよく、3つ以上の互いに異なる金属層によって構成されてもよい。サブキャリア20と金属層75との間に新たな金属層を設けることによって、新たな金属層を設けない場合に比べて集積光学装置10の信頼性を向上させることができる。新たな金属層は、例えばチタン(Ti)、タンタル(Ta)及びタングステン(W)からなる群から選択される1又は複数の金属で構成される。 For example, in the integrated optical device 10, the first metal layer 91 may be composed of one metal layer or three or more different metal layers. By providing a new metal layer between the subcarrier 20 and the metal layer 75, the reliability of the integrated optical device 10 can be improved as compared with the case where the new metal layer is not provided. The new metal layer is composed of one or more metals selected from the group consisting of, for example, titanium (Ti), tantalum (Ta) and tungsten (W).

例えば、集積光学装置10では、サブキャリア20とLD30とが、少なくとも金属層75,76との合金層を含む不図示の金属複合層を介して接続されてもよい。「少なくとも第1金属層91の金属層75,76との合金層を含む金属複合層」とは、金属複合層の一部に金属層75,76との合金層を有している層であるか、又は、金属複合層の全部が当該合金層で構成されている層を意味する。例えば、集積光学装置10において、金属層75,76の金属がz方向の一部又は全体に亘って合金化し、合金層を形成してもよい。金属層75,76の金属がz方向の一部で合金化された場合、サブキャリア20とLD30との間には、金属層75,76の合金層と、金属層75,76の何れか又は双方とが介在する。介在する金属層及び合金層の組成は、上述説明した集積光学装置10の製造方法の実施時におけるサブキャリア20の加熱条件等によって変わり得る。金属層75,76の金属がz方向の全体に亘って合金化された場合、サブキャリア20とLDとの間には、実質的に上記合金層のみが介在してもよい。即ち、「金属層」は、一種類の金属からなる層、複数の金属を含む層、複数の金属が合金化した合金層を広く含む。 For example, in the integrated optical device 10, the subcarrier 20 and the LD30 may be connected via a metal composite layer (not shown) including an alloy layer with at least the metal layers 75 and 76. The "metal composite layer including at least the alloy layer with the metal layers 75 and 76 of the first metal layer 91" is a layer having an alloy layer with the metal layers 75 and 76 as a part of the metal composite layer. Or, it means a layer in which the entire metal composite layer is composed of the alloy layer. For example, in the integrated optical device 10, the metals of the metal layers 75 and 76 may be alloyed over a part or the whole in the z direction to form an alloy layer. When the metal of the metal layers 75 and 76 is alloyed in a part in the z direction, the alloy layer of the metal layers 75 and 76 and any of the metal layers 75 and 76 or Both sides intervene. The composition of the intervening metal layer and the alloy layer may change depending on the heating conditions of the subcarrier 20 and the like at the time of carrying out the manufacturing method of the integrated optical device 10 described above. When the metals of the metal layers 75 and 76 are alloyed over the entire z direction, substantially only the alloy layer may be interposed between the subcarrier 20 and the LD. That is, the "metal layer" broadly includes a layer made of one kind of metal, a layer containing a plurality of metals, and an alloy layer in which a plurality of metals are alloyed.

例えば、集積光学装置10では、第1金属層91の金属層75,76同士の界面において、金属層76のy方向の全体に亘って金属層75,76が合金化し、金属層75,76との合金層が形成されることが好ましい。しかしながら、金属層76のy方向の一部で金属層75,76が合金化し、上記合金層が形成されてもよい。 For example, in the integrated optical device 10, at the interface between the metal layers 75 and 76 of the first metal layer 91, the metal layers 75 and 76 are alloyed over the entire y direction of the metal layer 76, and the metal layers 75 and 76 are combined with the metal layers 75 and 76. It is preferable that an alloy layer of However, the metal layers 75 and 76 may be alloyed at a part of the metal layer 76 in the y direction to form the alloy layer.

例えば、集積光学装置10では、サブキャリア20と基板40とが、少なくとも金属層71,73との合金層、及び/又は金属層72,73との合金層を含む不図示の他の金属複合層を介して接続されてもよい。「少なくとも金属層71,73との合金層、及び/又は金属層72,73との合金層を含む他の金属複合層」とは、その一部に金属層71の金属と金属層73との合金層、及び/又は金属層72,73との合金層を有しているか、又は、その全部が、金属層71の金属と金属層73との合金層、及び金属層72の金属と金属層73との合金層で構成されている層を意味する。例えば、集積光学装置10において、金属層71の金属と、金属層73の金属とがy方向の一部又は全体に亘って合金化し、1つの合金層が形成されてもよい。金属層72の金属と、金属層73の金属とがy方向の一部又は全体に亘って合金化し、1つの合金層が形成されてもよい。サブキャリア20と基板40とは、金属層71,73との合金層、及び金属層72,73との合金層の何れか又は双方を介して接続されてもよい。 For example, in the integrated optical device 10, the subcarrier 20 and the substrate 40 are other metal composite layers (not shown) including at least an alloy layer with the metal layers 71 and 73 and / or an alloy layer with the metal layers 72 and 73. It may be connected via. The "other metal composite layer including at least an alloy layer with the metal layers 71 and 73 and / or an alloy layer with the metal layers 72 and 73" is a part of the metal of the metal layer 71 and the metal layer 73. It has an alloy layer and / or an alloy layer with the metal layers 72 and 73, or all of them are an alloy layer between the metal of the metal layer 71 and the metal layer 73, and the metal and the metal layer of the metal layer 72. It means a layer composed of an alloy layer with 73. For example, in the integrated optical device 10, the metal of the metal layer 71 and the metal of the metal layer 73 may be alloyed over a part or the whole in the y direction to form one alloy layer. The metal of the metal layer 72 and the metal of the metal layer 73 may be alloyed over a part or the whole in the y direction to form one alloy layer. The subcarrier 20 and the substrate 40 may be connected via either or both of the alloy layer with the metal layers 71 and 73 and the alloy layer with the metal layers 72 and 73.

第1金属層91の金属層75,76の合金層を含む金属複合層の融点は、金属層71,73の合金層及び金属層72,73の合金層を含む他の金属複合層の融点よりも高いことが好ましい。例えば、金属層75を構成する金属と金属層76を構成する金属との合金層を構成する合金の融点は、金属層71を構成する金属と金属層73を構成する金属との合金層を構成する合金の融点よりも高いことが好ましい。第1金属層91の金属層75を構成する金属と金属層76を構成する金属との合金層を構成する合金の融点は、金属層72を構成する金属と金属層73を構成する金属との合金層を構成する合金の融点よりも高いことが好ましい。前述の各構成では、集積光学装置10の製造工程において、金属層71,72,73を溶融あるいは軟化させてサブキャリア20と基板40とを接合する際に、金属層75,76の合金層が再溶融してLD30とサブキャリア20との相対的な位置ずれが生じるのを防止できる。金属複合層は、単独の合金層、金属層と合金層との組み合わせ、互いに異なる組成の合金層同士の組み合わせ、前述の組み合わせとは異なり且つ少なくとも合金層を含む多層構造の何れであってもよい。 The melting point of the metal composite layer including the alloy layers of the metal layers 75 and 76 of the first metal layer 91 is higher than the melting point of the alloy layer of the metal layers 71 and 73 and the melting point of the other metal composite layer including the alloy layers of the metal layers 72 and 73. Is also preferable. For example, the melting point of the alloy forming the alloy layer of the metal forming the metal layer 75 and the metal forming the metal layer 76 constitutes an alloy layer of the metal forming the metal layer 71 and the metal forming the metal layer 73. It is preferably higher than the melting point of the alloy. The melting point of the alloy forming the alloy layer of the metal forming the metal layer 75 of the first metal layer 91 and the metal forming the metal layer 76 is the melting point of the metal forming the metal layer 72 and the metal forming the metal layer 73. It is preferably higher than the melting point of the alloy constituting the alloy layer. In each of the above configurations, when the metal layers 71, 72, 73 are melted or softened to join the subcarrier 20 and the substrate 40 in the manufacturing process of the integrated optical device 10, the alloy layers of the metal layers 75, 76 are formed. It is possible to prevent remelting from causing a relative misalignment between the LD 30 and the subcarrier 20. 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 having different compositions from each other, or a multilayer structure different from the above-mentioned combination and including at least an alloy layer. ..

第1金属層91及び金属層71,72,73の各融点の条件を前述のように考慮することによって、サブキャリア20を介して接続されたLD30とPLC50との位置精度が高く、信頼性の高い集積光学装置10を提供できる。各金属層の界面あるいはその近傍に形成された合金層の融点は、金属層75あるいは金属層73の融点に依存する。例えば、金属層75を金属層76よりも厚く形成すること、あるいは金属層73を金属層71,72よりも厚く形成することで、各金属層の界面あるいはその近傍に形成された合金層の融点を容易に制御できる。 By considering the melting point conditions of the first metal layer 91 and the metal layers 71, 72, and 73 as described above, the position accuracy of the LD30 and the PLC50 connected via the subcarrier 20 is high and the reliability is high. A high integrated optical device 10 can be provided. The melting point of the alloy layer formed at or near the interface of each metal layer depends on the melting point of the metal layer 75 or the metal layer 73. For example, by forming the metal layer 75 thicker than the metal layer 76, or by forming the metal layer 73 thicker than the metal layers 71 and 72, the melting point of the alloy layer formed at or near the interface of each metal layer. Can be easily controlled.

サブキャリア20と基板40とを接合するためにこれらの間に介在させる金属材料は、サブキャリア20、基板40、金属層71の各材料に応じて適宜変更可能である。金属層や合金層の金属材料の厚みは、サブキャリア20、基板40、金属層71の各材料に応じて適宜設定可能である。 The metal material interposed between the subcarrier 20 and the substrate 40 for joining the substrate 40 can be appropriately changed depending on the materials of the subcarrier 20, the substrate 40, and the metal layer 71. The thickness of the metal material of the metal layer or the alloy layer can be appropriately set according to each material of the subcarrier 20, the substrate 40, and the metal layer 71.

集積光学装置10では、第1金属層91は、2つの金属層75,76を有するが、例えば1つの金属層75のみ、あるいは金属層76のみを有してもよい。集積光学装置10では、サブキャリア20と基板40とが、金属層71,72,73及び反射防止膜81を介して接続されているが、1つの金属層のみを介して接続されてもよい。 In the integrated optical device 10, the first metal layer 91 has two metal layers 75 and 76, but may have, for example, only one metal layer 75 or only the metal layer 76. In the integrated optical device 10, the subcarrier 20 and the substrate 40 are connected via the metal layers 71, 72, 73 and the antireflection film 81, but may be connected via only one metal layer.

集積光学装置10では、サブキャリア20の側面22と基板40の側面42とが、y方向の後方から前方に向かって金属層71、金属層72、金属層73、反射防止膜81の順に介して接続されている。しかしながら、サブキャリア20の側面22と基板40の側面42との間の構成は、金属層71,72,73及び反射防止膜81の積層構造に限られない。サブキャリア20において基板40に対向する下面と基板40においてサブキャリア20に対向する上面とが、金属層71,72,73を介して接続されてもよい。この場合、金属層75の融点は、金属層73の融点よりも高いことが好ましい。前述の変形例の集積光学装置では、LD30の出射面31とサブキャリア20の側面22とが略同一面上に配されているので、集積光学装置10と同様の作用効果を得ることができる。 In the integrated optical device 10, the side surface 22 of the subcarrier 20 and the side surface 42 of the substrate 40 are interposed in the order of the metal layer 71, the metal layer 72, the metal layer 73, and the antireflection film 81 from the rear to the front in the y direction. It is connected. However, the configuration between the side surface 22 of the subcarrier 20 and the side surface 42 of the substrate 40 is not limited to the laminated structure of the metal layers 71, 72, 73 and the antireflection film 81. The lower surface of the subcarrier 20 facing the substrate 40 and the upper surface of the substrate 40 facing the subcarrier 20 may be connected via the metal layers 71, 72, 73. In this case, the melting point of the metal layer 75 is preferably higher than the melting point of the metal layer 73. In the integrated optical device of the above-described modification, since the exit surface 31 of the LD 30 and the side surface 22 of the subcarrier 20 are arranged on substantially the same surface, the same effect as that of the integrated optical device 10 can be obtained.

上述の変形例において、サブキャリア20と基板40とが、少なくとも金属層71の金属と金属層73との合金層、及び/又は金属層72の金属と金属層73との合金層を含む不図示の他の金属複合層を介して接続されてもよい。この場合も、上記変形例と同様、金属層75の融点は、金属層71の金属と金属層73との合金層及び/又は金属層72と金属層73との合金層を含む他の金属複合層の融点よりも高いことが好ましい。 In the above-described modification, the subcarrier 20 and the substrate 40 are not shown, including at least an alloy layer of the metal of the metal layer 71 and the metal layer 73, and / or an alloy layer of the metal of the metal layer 72 and the metal layer 73. It may be connected via another metal composite layer. In this case as well, the melting point of the metal layer 75 is the same as that of the above-described modification, the melting point of the metal layer 75 is the alloy layer of the metal of the metal layer 71 and the metal layer 73 and / or the alloy layer of the metal layer 72 and the metal layer 73. It is preferably higher than the melting point of the layer.

上述の集積光学装置10の用途は、ウェアラブルデバイスや小型プロジェクタ等に限定されない。しかしながら、本発明に係る集積光学装置が処理する光の波長は、赤、緑、青に限定されず、可視波長域に限定されない。本発明に係る集積光学装置が処理する光の波長域は、可視波長域から近赤外波長域にわたってもよく、光通信で用いられることを目的として近赤外波長域のみであってもよい。本発明に係る集積光学装置が処理する光の波長の数は、3つに限定されず、所望の数に設定可能である。本発明に係る集積光学装置が処理する光の波長に応じて、基板40やPLC50、各種金属層及び合金層の材料は適宜選択され得る。 The application of the integrated optical device 10 described above is not limited to wearable devices, small projectors, and the like. However, the wavelength of light processed by the integrated optical device according to the present invention is not limited to red, green, and blue, and is not limited to the visible wavelength region. The wavelength range of light processed by the integrated optical device according to the present invention may be from the visible wavelength range to the near-infrared wavelength range, or may be only the near-infrared wavelength range for the purpose of being used in optical communication. The number of wavelengths of light processed by the integrated optical device according to the present invention is not limited to three, and can be set to a desired number. The materials of the substrate 40, the PLC50, various metal layers, and the alloy layer can be appropriately selected according to the wavelength of light processed by the integrated optical apparatus according to the present invention.

上述の集積光モジュール100の構成は、図6から図11を参照して説明した構成に限定されない。パッケージ110の収容部107には、集積光モジュール100の用途、PLC50におけるコア51の形状に合わせて、コリメートレンズ310以外の結像レンズ、ビームスプリッター、波長フィルタ、多機能光学フィルタ、受光器等の光学素子を自由に収容できる。前述の光学素子は、図11に示すコリメート装置300のようにパッケージ110の収容部107の外部に設置してもよい。集積光モジュール100は、任意の光学処理装置に一体的に組み込まれていてもよい。 The configuration of the integrated optical module 100 described above is not limited to the configuration described with reference to FIGS. 6 to 11. The accommodating portion 107 of the package 110 includes an imaging lens other than the collimating lens 310, a beam splitter, a wavelength filter, a multifunctional optical filter, a receiver, etc., according to the application of the integrated optical module 100 and the shape of the core 51 in the PLC 50. Optical elements can be accommodated freely. The above-mentioned optical element may be installed outside the accommodating portion 107 of the package 110 as in the collimating device 300 shown in FIG. The integrated optical module 100 may be integrally incorporated in any optical processing device.

10 集積光学装置
20 サブキャリア(基台)
20−1 サブキャリア(基台)
20−2 サブキャリア(基台)
20−3 サブキャリア(基台)
21 上面
21−1 上面
21−2 上面
21−3 上面
22 側面
22−1 側面
22−2 側面
22−3 側面
30 LD(光半導体素子)
30−1 LD(光半導体素子)
30−2 LD(光半導体素子)
30−3 LD(光半導体素子)
31 出射面
31−1 出射面
31−2 出射面
31−3 出射面
33 下面
40 基板
41 上面(表面)
42 側面
50 PLC(光導波路)
51 コア
51−1 コア
51−2 コア
51−3 コア
52 クラッド
61 入射面
61−1 入射面
61−2 入射面
61−3 入射面
64 出射面
71 金属層
72 金属層
73 金属層
75 金属層
76 金属層
81 反射防止膜
82 反射防止膜
90 レーザー
91 第1金属層
92 第2金属層
93 第3金属層
95 ワイヤー
96 第2樹脂層
98 樹脂
99 第1樹脂層
100 集積光モジュール
101 隙間空間
102 本体
105 カバー
107 収容部
108 電極部
110 パッケージ
112 金属膜
131 底壁部
132 側壁部
133 開口
171 金属層
172 金属層
173 金属層
180 土台
202 内部電極パッド
210 外部電極パッド
300 コリメート装置
310 コリメートレンズ
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 30 LD (optical semiconductor element)
30-1 LD (optical semiconductor device)
30-2 LD (optical semiconductor device)
30-3 LD (optical semiconductor device)
31 Exit surface 31-1 Exit surface 31-2 Exit surface 31-3 Exit surface 33 Bottom surface 40 Substrate 41 Top surface (front surface)
42 Side 50 PLC (Optical Waveguide)
51 Core 51-1 Core 51-2 Core 53-1 Core 52 Clad 61 Incident surface 61-1 Incident surface 61-2 Incident surface 63-1 Incident surface 64 Exit surface 71 Metal layer 72 Metal layer 73 Metal layer 75 Metal layer 76 Metal layer 81 Antireflection film 82 Antireflection film 90 Laser 91 First metal layer 92 Second metal layer 93 Third metal layer 95 Wire 96 Second resin layer 98 Resin 99 First resin layer 100 Integrated light module 101 Gap space 102 Main body 105 Cover 107 Accommodating part 108 Electrode part 110 Package 112 Metal film 131 Bottom wall part 132 Side wall part 133 Opening 171 Metal layer 172 Metal layer 173 Metal layer 180 Base 202 Internal electrode pad 210 External electrode pad 300 Collimating device 310 Collimating lens

Claims (6)

基台と、
前記基台の表面に設けられた光半導体素子と、
前記光半導体素子から出射される光を入射可能に配置された光導波路と、
を備え、
前記光半導体素子から前記光が出射される出射面と前記基台において前記光導波路の方を向く側面とが略同一面上に配されている、
集積光学装置。
Base and
An optical semiconductor element provided on the surface of the base and
An optical waveguide arranged so that light emitted from the optical semiconductor element can be incidentally
With
An exit surface from which the light is emitted from the optical semiconductor element and a side surface of the base facing the optical waveguide are arranged on substantially the same surface.
Integrated optics.
前記基台と前記光半導体素子とは、第1金属層を介して接続されている、
請求項1に記載の集積光学装置。
The base and the optical semiconductor element are connected via a first metal layer.
The integrated optical device according to claim 1.
前記基台と前記光半導体素子とは、第1樹脂層を介して接続されている、
請求項1に記載の集積光学装置。
The base and the optical semiconductor element are connected via a first resin layer.
The integrated optical device according to claim 1.
前記出射面と前記光導波路において前記光が入射する入射面との間に隙間空間が形成され、
前記光は前記出射面から出射され、前記隙間空間を伝搬し、前記入射面から前記光導波路のコアに入射するように構成されている、
請求項1から3の何れか一項に記載の集積光学装置。
A gap space is formed between the exit surface and the incident surface on which the light is incident in the optical waveguide.
The light is configured to be emitted from the exit surface, propagate through the gap space, and enter the core of the optical waveguide from the incident surface.
The integrated optical device according to any one of claims 1 to 3.
前記出射面と前記光導波路において前記光が入射する入射面との間に樹脂が設けられ、
前記光は前記出射面から出射され、前記樹脂を伝搬し、前記入射面から前記光導波路のコアに入射するように構成されている、
請求項1から3の何れか一項に記載の集積光学装置。
A resin is provided between the exit surface and the incident surface on which the light is incident in the optical waveguide.
The light is configured to be emitted from the exit surface, propagate through the resin, and enter the core of the optical waveguide from the incident surface.
The integrated optical device according to any one of claims 1 to 3.
請求項1から5の何れか一項に記載の集積光学装置がパッケージに収容され、
前記集積光学装置は、第2金属層又は第2樹脂層の何れかを介して前記パッケージ内で固定されている、
集積光モジュール。
The integrated optical device according to any one of claims 1 to 5 is housed in a package.
The integrated optical device is fixed in the package via either a second metal layer or a second resin layer.
Integrated optical module.
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