WO2020144992A1 - 構造体および構造体の製造方法ならびに電子機器 - Google Patents

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昇平 阿部
元 米澤
島津　武仁
幸 魚本
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ソニー株式会社
国立大学法人東北大学
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Definitions

  • the present disclosure relates to, for example, a structure bonded using atomic diffusion bonding, a method for manufacturing the structure, and an electronic device including the structure.
  • the contact area at the bonding interface is increased to increase the bonding force.
  • a joint surface having a small surface roughness that is, a joint surface having a small arithmetic average roughness (Ra) is required.
  • Ra a joint surface having a small arithmetic average roughness
  • a structure according to an embodiment of the present disclosure has a first substrate having one surface and a density lower than a density determined from a crystal structure and a composition of constituent materials, and one surface of the first substrate. It is provided with a second base member arranged to face each other, and a buffer layer provided between the first base member and the second base member and containing at least a metal element.
  • a method for manufacturing a structure according to an embodiment of the present disclosure includes a first substrate having one surface and a density lower than a density determined from a crystal structure and a composition of constituent materials, and a second substrate. By joining, a buffer layer containing at least a metal element is formed between the first base and the second base.
  • An electronic device includes the structure according to the embodiment of the present disclosure.
  • the structure has one face, and the density determined by the crystal structure and the composition of the constituent materials is higher than the density.
  • a buffer layer containing at least a metal element having excellent polishing processability was provided between the first substrate having a low density and the second substrate arranged to face the one surface. As a result, a joint surface having a small arithmetic average roughness (Ra) is formed on one surface of the first substrate.
  • FIG. 6 is a schematic cross-sectional view illustrating an example of a method of manufacturing the structure shown in FIG. 1. It is a cross-sectional schematic diagram showing the process of following FIG. 2A. It is a cross-sectional schematic diagram showing the process of following FIG. 2B. It is a cross-sectional schematic diagram showing the process of following FIG. 2C. It is a cross-sectional schematic diagram showing the process of following FIG. 2D. It is a cross-sectional schematic diagram of the porous substrate by which the surface was polished. It is a cross-sectional schematic diagram of the structure using the porous base
  • FIG. 7 is a schematic sectional view illustrating an example of a method of manufacturing the structure shown in FIG. 6. It is a cross-sectional schematic diagram showing the process of following FIG. 7A.
  • FIG. 8 is a schematic cross-sectional view showing a configuration of a structure according to Modification Example 1 of the present disclosure.
  • FIG. 9 is a schematic cross-sectional view showing an example of a method for manufacturing the structure shown in FIG. 8. It is a cross-sectional schematic diagram showing the process of following FIG.
  • FIG. 9A It is a cross-sectional schematic diagram showing the process of following FIG. 9B.
  • FIG. 9C is a schematic sectional view showing a step following FIG. 9C.
  • FIG. 9D is a schematic sectional view illustrating a step following FIG. 9D.
  • FIG. 10 is a schematic cross-sectional view showing a configuration of a structure according to Modification 2 of the present disclosure.
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view illustrating an example of a phosphor wheel according to a first embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 11B is a schematic plan view of the phosphor wheel shown in FIG. 11A.
  • FIG. 11C is a schematic sectional view illustrating an example of a method for manufacturing the phosphor wheel illustrated in FIG. 11A.
  • FIG. 12A It is a cross-sectional schematic diagram showing the process of following FIG. 12A. It is a cross-sectional schematic diagram showing the process of following FIG. 12B. It is a cross-sectional schematic diagram showing the process of following FIG. 12C. It is a cross-sectional schematic diagram showing the process of following FIG. 12D.
  • FIG. 12C is a schematic sectional view showing a step following FIG. 12E.
  • FIG. 7 is a schematic cross-sectional view illustrating another example of the phosphor wheel according to the first embodiment of the present disclosure. It is a cross-sectional schematic diagram showing an example of a structure of the fluorescent substance wheel shown in FIG. FIG.
  • FIG. 7 is a schematic cross-sectional view illustrating an example of the configuration of a light emitting device according to a second embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 15B is a schematic plan view of the light emitting device shown in FIG. 15A.
  • FIG. 8 is a schematic sectional view illustrating another example of the light emitting device according to the second embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 16B is a schematic plan view of the light emitting device shown in FIG. 16A.
  • FIG. 6 is a schematic cross-sectional view illustrating an example of a configuration of a laser amplifier according to a third embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 8 is a schematic cross-sectional view illustrating an example of the configuration of a pulse laser device according to a fourth embodiment of the present disclosure. It is a figure.
  • FIG. 1 schematically illustrates a cross-sectional configuration of a structure (structure 1) according to the first embodiment of the present disclosure.
  • This structure 1 has a laminated structure in which two or more members to be bonded are bonded by, for example, atomic diffusion bonding, and constitutes, for example, a wavelength conversion element used in a projector or the like (see, for example, FIG. 11A).
  • the structure 1 of the present embodiment includes a porous substrate 11 (first substrate) having a density lower than the density determined from the crystal structure and composition of the constituent materials, and one surface of the porous substrate 11 facing the porous substrate 11.
  • the substrate 21 (second substrate) to be arranged is joined by, for example, atomic diffusion bonding in the buffer layer 31 containing at least a metal element.
  • the porous substrate 11 has a density lower than the density determined from the crystal structure and composition of the material forming the porous substrate 11, and for example, has a plurality of voids G in the layer. It has a lower density than a continuous crystal.
  • the porous substrate 11 is a substrate having a region having a large arithmetic average roughness (Ra) that represents the surface roughness, and it is difficult to reduce the arithmetic average roughness (Ra) by polishing. It is a thing.
  • the porous substrate 11 of the present embodiment has, for example, an arithmetic mean roughness (Ra) of 2 nm or more and a plurality of voids G of 0.5 ⁇ m or more and 3 ⁇ m or less.
  • the porous substrate 11 may be a sintered body such as ceramics.
  • the base 21 has, for example, a flat surface as a bonding surface, and is made of, for example, an inorganic material or a plastic material.
  • the inorganic material include crystalline solids of inorganic oxides such as silicon oxide (SiO x ), aluminum oxide (AlO x ), and YAG (yttrium-aluminum garnet), or glassy solids (amorphous solids).
  • the glassy solid made of the above material includes spin-on-glass (SOG) and the like.
  • semiconductors such as silicon (Si) and germanium (Ge), silicon nitride (SiN x ), silicon carbide (SiC), diamond, and the like can be given.
  • the plastic material include polycarbonate (PC), polyethylene terephthalate (PET), polyimide (PI), polyethylene naphthalate (PEN), polyethyl ether ketone (PEEK), and the like.
  • the porous substrate 11 and the substrate 21 may or may not have a light-transmitting property.
  • Examples of the light-transmissive substrate 21 include glass and quartz substrates.
  • the buffer layer 31 is a joining portion that joins the porous substrate 11 and the substrate 21.
  • the buffer layer 31 is composed of a base layer 31A formed in a manufacturing process of the structure 1 described later and metal films 32 and 33.
  • the metal film 32 is provided on the porous substrate 11 via the underlayer 31A.
  • the metal film 33 is provided directly on the base 21, for example.
  • the metal element derived from the metal films 32 and 33 is locally distributed in the film thickness direction.
  • the buffer layer 31 includes, for example, an inorganic material (inorganic oxide) derived from the base layer 31A and combined with oxygen, for example.
  • an inorganic material inorganic oxide
  • titanium lanthanum oxide (TiLaO x ) hafnium oxide (HfO x ), and the like.
  • the buffer layer 31 further includes, for example, aluminum (Al), titanium (Ti), vanadium (V), chromium (Cr), iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni) derived from the metal films 32 and 33. ), copper (Cu), zinc (Zn), gallium (Ga), germanium (Ge), zirconium (Zr), niobium (Nb), molybdenum (Mo), ruthenium (Ru), rhodium (Rh), palladium (Pd). ), silver (Ag), platinum (Pt), gold (Au), indium (In), tin (Sn), hafnium (Hf), tungsten (W) and tantalum (Ta).
  • the buffer layer 31 may include an inorganic nitride such as silicon nitride (SiN), an inorganic oxynitride such as silicon oxynitride (SiON), and an inorganic fluoride such as silicon fluoride (SiF x ). Good.
  • the thickness of the buffer layer 31 in the Y-axis direction (hereinafter, simply referred to as thickness) is preferably, for example, 10 nm or more and 10 ⁇ m or less.
  • the inorganic oxide forming the buffer layer 31 may be a glassy solid (amorphous solid) or a crystalline solid.
  • the metal element derived from the metal films 32 and 33 is locally distributed in the buffer layer 31 in the film thickness direction, the metal element has kinetic energy and thermal energy when forming the buffer layer 31 and after bonding. By the heat treatment of 1) and the like, they are mutually diffused at the interface between the base layer 31A and the base 21.
  • the distribution of the metal element in the buffer layer 31 is determined by, for example, energy dispersive X-ray analysis (EDX), electron energy loss spectroscopy (Electron Energy Loss Spectroscopy: EELS), and secondary ion mass spectrometry.
  • the metal element is a layer of the buffer layer 31. It is possible to confirm the concentration distribution of the metal element that continuously decreases in a predetermined range from the inside toward the interface between the porous substrate 11 and the substrate 21.
  • Such a structure 1 can be manufactured as follows, for example.
  • a porous substrate 11 having a large arithmetic average roughness (Ra) is prepared.
  • an ion assisted deposition method Ion Assisted Deposition: IAD
  • IAD ion Assisted Deposition
  • the base layer 31A may be formed using a vacuum vapor deposition method, a sputtering method, an ion plating method, a chemical vapor deposition method (Chemical Vapor Deposition: CVD), or the like, in addition to the IAD.
  • a vacuum vapor deposition method a sputtering method, an ion plating method, a chemical vapor deposition method (Chemical Vapor Deposition: CVD), or the like, in addition to the IAD.
  • CVD Chemical Vapor Deposition
  • the base layer 31A is configured to include the inorganic oxide that constitutes the buffer layer 31. It is preferable to use a material having good polishing processability for the underlayer 31A.
  • the underlayer 31A is made of, for example, silicon oxide (SiO x ), aluminum oxide (AlO x ), or niobium oxide (NbO x ).
  • TiO x titanium oxide
  • Ta 2 O 5 tantalum oxide
  • AlLaO x aluminum lanthanum oxide
  • TiLaO x titanium lanthanum oxide
  • TiLaO x titanium lanthanum oxide
  • HfO x hafnium oxide
  • the thickness of the base layer 31A is preferably, for example, 10 nm or more and 10 ⁇ m or less, but not limited to this.
  • polishing is performed by a physical or chemical action to reduce the arithmetic average roughness (Ra) of the underlayer 31A.
  • the surface of the base layer 31A preferably has smoothness, and for example, preferably has an arithmetic average roughness (Ra) of 0.5 nm or less. Thereby, it becomes a preferable bonding surface in the atomic diffusion bonding method.
  • the required arithmetic average roughness (Ra) of the joint surface varies depending on, for example, the thickness of the metal films 32 and 33 used for joining.
  • the arithmetic mean roughness ( Ra) is as follows. For example, when the thickness of the bonding metal layer (Ti film) provided on the base on one side is 50 nm or less, if the arithmetic average roughness (Ra) of the bonding surface is 1 nm or less, bonding can be performed without pressure. , 0.3 nm or less is more preferable.
  • the thickness of the bonding metal layer (Ti film) provided on the base on one side is thicker than 20 nm, if the arithmetic mean roughness (Ra) of the bonding surface is 1.0 nm or less, the pressure is applied at 10 MPa or more. Can be joined.
  • the relationship between the thickness of the joining metal layer required for joining and the arithmetic mean roughness (Ra) of the joining surface depends on the crystal structure and the self-diffusion coefficient of the joining metal layer.
  • Dependent For example, when aluminum (Al), gold (Au), or the like having a face-centered cubic lattice and a large self-diffusion coefficient is used for the bonding metal layer, an atomic rearrangement phenomenon easily occurs at the bonding interface, Even if the arithmetic mean roughness (Ra) is large, it is possible to bond.
  • the base layer 31A may be formed using a film forming process having a self-smoothing effect. In that case, the above-mentioned polishing process becomes unnecessary. Further, for the base layer 31A, in addition to the above-mentioned materials having good polishing workability, a method of securing a bonding area by deviating by forming a resin that is easily deformable on the substrate is also effective. .. It is more effective to use a resin having high wettability in which the surface roughness of the resin surface is reduced by the surface tension.
  • a metal film 32 having, for example, a microcrystalline structure is formed on the base layer 31A, and a base 21 having a metal film 33 formed on the surface thereof is prepared by the same method.
  • the arithmetic mean roughness (Ra) required for the substrate 21 and the thickness of the metal film 33 are the same as the arithmetic mean roughness (Ra) required for the underlayer 31A and the thickness of the metal film 32.
  • the porous substrate 11 and the substrate 21 are arranged to face each other so that the metal film 32 on the porous substrate 11 and the metal film 33 on the substrate 21 face each other.
  • the metal films 32 and 33 have a microcrystalline structure, and include, for example, aluminum (Al), titanium (Ti), vanadium (V), chromium (Cr), iron (Fe), cobalt (Co), nickel ( Ni), gold (Au), platinum (Pt), copper (Cu), zinc (Zn), gallium (Ga), germanium (Ge), zirconium (Zr), niobium (Nb), molybdenum (Mo), ruthenium ( Ru), rhodium (Rh), palladium (Pd), silver (Ag), indium (In), tin (Sn), hafnium (Hf) and tantalum (Ta), tungsten (W), stainless steel and the like. ing.
  • the metal film 32 and the metal film 33 are superposed by the atomic diffusion bonding method to bond the porous substrate 11 and the substrate 21 together. At this time, if the surfaces of the base layer 31A and the base body 21 are smooth, the metal films 32 and 33 can be joined even with extremely thin films of 0.2 nm each.
  • the metal films 32 and 33 are formed by using, for example, the following method.
  • a physical vapor deposition method Physical Vapor Deposition: PVD
  • PVD Physical Vapor Deposition
  • a Ti film for example, having a thickness of 0.2 nm or more and 200 nm or less is formed by using a CVD method or various vapor deposition methods.
  • a vacuum film forming method in which film formation is performed under the generation of plasma capable of increasing the internal stress of the formed metal films 32 and 33, or sputtering. It is preferable to form a film using the method.
  • the pressure in the vacuum container at the time of forming the metal films 32 and 33 may be a vacuum atmosphere having an ultimate vacuum of 1 ⁇ 10 ⁇ 4 to 1 ⁇ 10 ⁇ 8 Pa, but at a low pressure (high vacuum). The more preferable it is. This makes it possible to use a material that is easily oxidized, such as Al.
  • the pressure of the inert gas (generally, argon (Ar) gas) at the time of forming the film is in a dischargeable region (for example, 0.01 Pa or more).
  • a dischargeable region for example, 0.01 Pa or more.
  • the upper limit is preferably set to 30 Pa (300 ⁇ bar) or less because there is a possibility that bonding exceeding 30 Pa (300 ⁇ bar) cannot be performed. This is because the arithmetic mean roughness (Ra) of the formed metal film 32 increases as the Ar gas pressure increases.
  • the metal films 32 and 33 may be formed using a film forming process having a self-smoothing function. In this case, since the surfaces of the metal films 32 and 33 are smooth, it becomes possible to bond even if the arithmetic average roughness (Ra) of the bonding surface is large.
  • the metal film 32 and the metal film 33 are overlapped by using the atomic diffusion bonding method, and, for example, pressure (P) is applied from the side of the base 21 to form the porous base 11 and the base. 21 is joined.
  • P pressure
  • the joining of the metal films 32 and 33 may be performed using a method other than the atomic diffusion joining method described above. For example, when a metal film is previously formed on the surface of one or both of the two substrates that are arranged to face each other, an oxide on the surface of the metal film which is previously formed by, for example, plasma etching in the vacuum container, By removing the organic substance and activating the surface, it becomes possible to bond it to the other metal film.
  • inorganic bonding such as atomic diffusion bonding.
  • a bonding surface having a small arithmetic average roughness (Ra) is required in order to increase the contact area at the bonding interface and secure the bonding force.
  • Ra a glassy homogeneous material
  • polishing there are many practical examples of atomic diffusion bonding, optical contact and the like.
  • the buffer layer 31 containing at least a metal element is provided between the porous substrate 11 and the substrate 21 having a large arithmetic average roughness (Ra).
  • the buffer layer 31 is derived from the base layer 31A provided on the porous substrate 11 in the step of joining with the substrate 21.
  • the base layer 31A is made of glass, for example, and a smooth surface having a small arithmetic average roughness (Ra) can be formed by polishing.
  • the porous substrate 11 since the base layer 31A containing an inorganic oxide having excellent polishing workability is provided on the porous substrate 11 having a large arithmetic average roughness (Ra), the porous substrate 11 is provided with It is possible to secure the smoothness, and it is possible to perform bonding using atomic diffusion bonding, for example.
  • the inorganic base layer 31A having excellent polishing workability is provided on the porous substrate 11 having a large arithmetic average roughness (Ra), and the arithmetic operation is performed by polishing the underlying layer 31A.
  • a bonding surface having a small (Ra) is formed.
  • FIG. 5 schematically illustrates an example of a cross-sectional configuration of a structure (structure 2) according to the second embodiment of the present disclosure
  • FIG. 6 is a second embodiment of the present disclosure
  • 3 schematically shows another example of the cross-sectional structure of the structure (structure 3) according to the present invention. Similar to the first embodiment, these structures 2 and 3 have a laminated structure in which two or more members to be bonded are bonded by, for example, atomic diffusion bonding.
  • a laser amplifier for example, See FIG. 16).
  • the substrate 21 having a flat bonding surface made of an inorganic material, a plastic material, or the like is used as a member to be bonded to the porous substrate 11 .
  • the member to be joined is not limited to this.
  • a substrate (porous substrate 41) having a large arithmetic average roughness (Ra) like the structure 2 shown in FIG. 5 can be used as a member to be joined to the porous substrate 11.
  • the porous substrate 11 and the porous substrate 41 having a large arithmetic average roughness (Ra) are bonded with the buffer layer 31 in between, as in the structure 1 in the first embodiment. It is a thing.
  • the porous substrate 41 has a density lower than the density determined from the crystal structure and composition of the constituent materials, and for example, has a plurality of voids G in the layer. The density is lower than that of the crystal.
  • the porous substrate 41 has, for example, an arithmetic average roughness (Ra) of 2 nm or more and a plurality of voids G of 0.5 ⁇ m or more and 50 ⁇ m or less.
  • the porous substrate 41 may be a sintered body such as ceramics.
  • the buffer layer 31 preferably has a thickness of, for example, 10 nm or more and 10 ⁇ m or less.
  • an underlayer is formed on the porous substrate 41, and the surface thereof is polished to, for example, 0.
  • a surface having a small arithmetic average roughness (Ra) of 5 nm or less is formed.
  • a metal film having a microcrystalline structure is formed on this underlayer, similar to the metal film 32 formed on the underlayer 31A in the first embodiment.
  • the porous substrate 11 and the porous substrate 41 are arranged so as to face each other so that the metal film and the metal film 32 provided on the porous substrate 11 face each other.
  • pressure (P) is applied from the porous substrate 41 side.
  • it joins By the above, the structure 2 shown in FIG. 5 is completed.
  • a metal substrate (metal substrate 51) having a large arithmetic average roughness (Ra), such as the structure 3 shown in FIG. 6, can be used as the member to be joined to the porous substrate 11.
  • the structure 3 is formed by joining a porous substrate 11 and a metal substrate 51 having a large arithmetic mean roughness (Ra) to each other with a buffer layer 61 in between.
  • the metal substrate 51 is used as the member to be joined, as described above, by applying a predetermined pressure during joining, elastic deformation and plastic deformation can be induced in the joined substrate.
  • the arithmetic average roughness (Ra) may be 3 nm or less, for example.
  • the metal material forming the metal base 51 examples include stainless steel, aluminum (Al), iron (Fe), copper (Cu), magnesium (Mg), zinc (Zn), and the like.
  • the thickness of the metal film 32 is preferably 10 nm or more and 200 nm or less, for example.
  • the porous substrate 11 having the underlayer 31A and the metal film 32 formed thereon is prepared.
  • a metal film 63 is formed on the surface of the metal base 51 having a large arithmetic average roughness (Ra), and is porous so that the metal film 32 and the metal film 63 face each other as shown in FIG. 7A.
  • the base 11 and the metal base 51 are arranged to face each other.
  • the metal film 63 has a microcrystalline structure, and is configured to include the above metal material or semi-metal material.
  • the thickness of the metal film 63 is preferably such that the bonding area is sufficient with the deformation of the metal film 32, the metal film 63, and the metal substrate 51 due to the pressure applied, and is, for example, 10 nm or more and 200 nm or less. preferable.
  • the metal film 63 can be formed by using the same method as the metal film 32.
  • a vacuum container having a high degree of ultimate vacuum of 1 ⁇ 10 ⁇ 4 to 1 ⁇ 10 ⁇ 8 Pa for example, a sputtering method, a PVD method such as ion plating, a CVD method or various vapor deposition methods is used.
  • a Ti film having a thickness of 0.2 nm or more and 200 nm or less is formed.
  • the pressure in the vacuum container at the time of forming the metal film 63 may be a vacuum atmosphere having an ultimate vacuum of 1 ⁇ 10 ⁇ 4 to 1 ⁇ 10 ⁇ 8 Pa, but a lower pressure (higher vacuum) preferable. This makes it possible to use a material that is easily oxidized, such as Al.
  • the pressure of the inert gas (generally, argon (Ar) gas) at the time of forming the film is in a dischargeable region (for example, 0.1 Pa or more).
  • a dischargeable region for example, 0.1 Pa or more.
  • the upper limit is preferably set to 30 Pa (300 ⁇ bar) or less because there is a possibility that bonding exceeding 30 Pa (300 ⁇ bar) cannot be performed. This is because the arithmetic mean roughness (Ra) of the formed metal film 63 increases as the Ar gas pressure increases.
  • the metal film 63 may be formed using a film forming process having a self-smoothing effect. In that case, since the surface of the metal film 63 becomes smooth, it becomes possible to bond even if the arithmetic average roughness (Ra) of the bonding surface is large.
  • the metal film 32 and the metal film 63 are overlapped by using the atomic diffusion bonding method, and pressure (P) is applied from the metal base 51 side, for example.
  • P pressure
  • the metal base 51 and the metal film 63 are deformed, and the contact area with the facing metal film 32 increases.
  • the structure 3 shown in FIG. 6 is completed.
  • the base layer (for example, the base layer 31A) is provided on each of the porous substrates 11 and 41 having a large arithmetic average roughness (Ra), and the surface thereof is polished to After forming a surface having a small arithmetic average roughness (Ra) of 0.5 nm or less, a metal film (for example, the metal film 32) is formed on each of the underlayers and bonded.
  • a metal substrate metal substrate 51
  • the above-mentioned structure is provided on the surface to be joined to the porous substrate 11.
  • a metal film 63 similar to the metal film 32 provided on the underlayer 31A is provided and joined to the metal film 32 provided on the porous substrate 11 side. This makes it possible to form a structure having excellent bonding strength without limiting the members to be bonded to the porous substrate 11.
  • FIG. 8 schematically illustrates an example of a cross-sectional configuration of the structure (structure 4) according to the first modification of the present disclosure. Similar to the first embodiment, the structure 4 has a laminated structure in which two or more members to be bonded are bonded by, for example, atomic diffusion bonding, and for example, wavelength conversion used in a projector or the like. In addition to the element (see, for example, FIG. 9A), a laser amplifier, a prism, and other optical members having optical transparency are configured.
  • a porous substrate 11 having a large arithmetic average roughness (Ra) and a substrate 21 having a flat surface as a bonding surface is used is described as an example. To do.
  • the buffer layer 71 is a joining portion that joins the porous substrate 11 and the substrate 21. Similar to the first embodiment and the like, the buffer layer 71 is composed of a base layer 71A formed in the manufacturing process and metal films 72 and 73. In the present modification, the buffer layer 71 has a further optical transparency. Has become.
  • the buffer layer 71 includes, for example, an inorganic material (inorganic oxide) derived from the base layer 71A and bound to oxygen, for example.
  • an inorganic material inorganic oxide
  • silicon oxide (SiO x ) aluminum oxide (AlO x ), niobium oxide (NbO x ), titanium oxide (TiO x ), tantalum oxide (Ta 2 O 5 ), aluminum lanthanum oxide (AlLaO x ).
  • titanium lanthanum oxide (TiLaO x ) hafnium oxide (HfO x ), and the like.
  • the buffer layer 71 further includes, for example, aluminum (Al), titanium (Ti), vanadium (V), chromium (Cr), iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni) derived from the metal films 72 and 73. ), copper (Cu), zinc (Zn), gallium (Ga), germanium (Ge), zirconium (Zr), niobium (Nb), molybdenum (Mo), ruthenium (Ru), rhodium (Rh), palladium (Pd). ), silver (Ag), indium (In), tin (Sn), hafnium (Hf) and tantalum (Ta).
  • the buffer layer 71 may include an inorganic nitride such as silicon nitride (SiN), an inorganic oxynitride such as silicon oxynitride (SiON), and an inorganic fluoride such as silicon fluoride (SiF x ). Good.
  • the buffer layer 71 preferably has a thickness of, for example, 10 nm or more and 10 ⁇ m or less.
  • the inorganic oxide forming the buffer layer 71 may be a crystalline solid or a glassy solid (non-crystalline solid).
  • the buffer layer 71 has metal elements locally distributed in the film thickness direction. This metal element is derived from the metal films 72 and 73. The metal element forming the metal films 72 and 73 will be described in detail later, but in the annealing treatment after the bonding between the metal film 72 and the metal film 73, oxygen forming the base layer (base layer 71A in this modification) is used. The atoms diffuse toward the metal film 72 in contact with the base layer 71A.
  • the distribution of the metal element in the buffer layer 71 is measured by, for example, EDX, EELS, SIMS, and TOF-SIMS analysis due to the diffusion of the oxygen atoms and the disorder of the bonding interface, the oxygen atoms from the underlying layer 71A are By diffusion, it is possible to confirm the concentration distribution of the metal element that continuously decreases in a predetermined range from the interface with the substrate 21 toward the interface with the porous substrate 11. Further, for example, when the underlayer is provided on both the porous substrate 11 and the porous substrate 41 as in the structure 2 of the second embodiment, the metal element is added from within the buffer layer 71.
  • the concentration distribution of the metal element that continuously decreases in the predetermined range toward the interface between the porous substrate 11 and the substrate 21 is confirmed.
  • the stability of the chemical bond between the oxygen atoms forming the underlayer (the underlayer 71A in this modification) and the metal element of the metal films 72 and 73 is high, or when the surface roughness Ra of the buffer layer is small.
  • the continuous decrease of the metal element becomes steep and may be observed as a rectangular concentration distribution within a predetermined range.
  • the porous substrate 11 is prepared.
  • a base layer 71A is formed on the bonding surface of the porous substrate 11 by polishing and the surface of the porous substrate 11 is roughened.
  • the thickness is, for example, 10 nm or more and 10 ⁇ m or less.
  • the base layer 71A may be formed by using the IAD method, the sputtering method, the ion plating method, the CVD method, or the like, in addition to the vacuum vapor deposition method.
  • the base layer 71A is preferably an inorganic material (inorganic oxide) that is chemically bonded to oxygen, and a material having good polishing processability is used. Further, a material capable of encapsulating oxygen by physical adsorption in voids formed in the layer by grain boundaries or the like may be used. It is preferable that any of the materials has a lower oxygen binding force than the metal material used for the metal films 72 and 73.
  • an inorganic oxide such as silicon oxide (SiO x ), aluminum (Al), titanium (Ti), vanadium (V), chromium (Cr), iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni).
  • the thickness of the base layer 71A is preferably, for example, 10 nm or more and 10 ⁇ m or less as described above, but is not limited thereto.
  • the oxygen binding force is defined as follows.
  • the oxygen bonding force of the metal material forming the metal films 72 and 73 is the chemical bonding force between titanium atoms and oxygen atoms. ..
  • silicon oxide (SiO 2 ) is used as the oxygen supply material
  • the oxygen bond strength of the oxygen supply material is the chemical bond strength between silicon atoms and oxygen atoms and the non-covalent bond strength with silicon oxide (SiO 2 ).
  • the non-covalent bond includes oxygen trapped through water and oxygen trapped in the film.
  • polishing is performed by, for example, physical or chemical action to reduce the arithmetic average roughness (Ra) of the base layer 71A.
  • the surface of the base layer 71A preferably has smoothness, and has, for example, an arithmetic average roughness (Ra) of 0.5 nm or less.
  • the base layer 71A may be formed by using a film forming process having a self-smoothing function. In that case, the above-mentioned polishing process becomes unnecessary. Further, for the base layer 71A, in addition to the above-mentioned materials having good polishing workability, a method of securing a bonding area by deviating by forming a resin that is easily deformable on the substrate is also effective. .. It is more effective to use a resin having high wettability in which the surface roughness of the resin surface is reduced by the surface tension.
  • a metal film 72 having, for example, a microcrystalline structure is formed on the base layer 71A, and a substrate 21 having a metal film 73 formed on the surface by the same method is prepared.
  • the porous substrate 11 and the substrate 21 are arranged to face each other so that the metal film 72 on the porous substrate 11 and the metal film 73 on the substrate 21 face each other.
  • the metal films 72 and 73 have a microcrystalline structure, and are made of, for example, aluminum (Al), titanium (Ti), zirconium (Zr), niobium (Nb), hafnium (Hf), tantalum (Ta), or the like. It is configured to include a metal that becomes transparent by doing.
  • the porous substrate 11 and the substrate 21 are joined by superposing the metal film 32 and the metal film 33 by using the atomic diffusion bonding method. At this time, if the surfaces of the base layer 31A and the base body 21 are smooth, the metal films 72 and 73 can be joined even with extremely thin films each having a thickness of 0.2 nm, for example.
  • the metal film 72 and the metal film 73 are overlapped by using the atomic diffusion bonding method, and, for example, pressure (P) is applied from the base 21 side to form the porous base 11 and the base. 21 is joined.
  • P pressure
  • the bonded porous substrate 11 and substrate 21 are left as an annealing treatment in an environment of 100° C. or higher and 800° C. or lower, for example.
  • the buffer layer 71 in which the metal element is locally distributed in the film thickness direction is formed between the porous substrate 11 and the substrate 21.
  • the joining of the metal films 72 and 73 may be performed using a method other than the atomic diffusion joining method described above. For example, when a metal film is previously formed on the surface of one or both of the two substrates that are arranged to face each other, an oxide on the surface of the metal film which is previously formed by, for example, plasma etching in the vacuum container, By removing the organic substance and activating the surface, it becomes possible to bond it to the other metal film.
  • the thickness of the metal film 72 is preferably such that the metal material forming the metal film 72 is sufficiently oxidized by the oxygen generated from the base layer 71A, and is sufficiently thinner than the base layer 71A. desirable.
  • the bonding strength increases as the oxidation of the metal films 72 and 73 progresses.
  • the thicknesses of the metal films 72 and 73 vary depending on whether the buffer layer 71 has a light-transmitting property. For example, in the present modified example in which the buffer layer 71 has a light-transmitting property, the thickness is preferably 0.2 nm or more and 10 nm or less.
  • the annealing treatment may be performed under the same conditions as the formation of the metal films 72 and 73 and the joining of the metal films 72 and 73, or may be performed outside the apparatus, for example, in the atmosphere.
  • the lower limit temperature of the annealing treatment 100° C.
  • the upper limit temperature of 800° C. is the softening point of the optical glass used for the porous substrate 11, the substrate 21 and the base layer 71A when the structure 1 is used as an optical element, the melting point of the metal, and the fracture temperature due to the thermal stress of the thin film. It is based on. Therefore, the temperature of the annealing treatment is not limited to the above range.
  • the temperature is 100° C. or lower.
  • Treatment is preferred.
  • the annealing treatment is preferably performed in an environment of, for example, 300° C. or lower, and more preferably, for example, 100. It is below °C.
  • the metal films 72 and 73 can be oxidized by leaving them at room temperature. Further, by lowering the density of the base layer 71A and increasing the voids in the layer, more water is physically adsorbed. As a result, the amount of oxygen supplied from the oxygen supply layer increases, and the oxidation of the metal films 72 and 73 at room temperature is promoted.
  • laser or electromagnetic wave heating may be used as the process of promoting the oxidation of the metal films 72 and 73, and the heating may be localized.
  • a material having a low oxygen binding force is used as the material of the base layer 71A, and further, the annealing treatment is performed after the metal film 72 and the metal film 73 are bonded. As a result, the metal elements forming the metal film 72 and the metal film 73 are oxidized, and the buffer layer 71 becomes light transmissive.
  • FIG. 10 schematically illustrates a cross-sectional configuration of a structure (structure 5) according to Modification 2 of the present disclosure.
  • This structure 5 has a laminated structure in which two or more members to be bonded are bonded by, for example, atomic diffusion bonding, and constitutes, for example, a cemented lens for correcting chromatic aberration, a polarization separation prism used in a projector.
  • the structure 5 of the present modification is formed by joining the refractory glass substrate 81 and the substrate 21 with the buffer layer 31 containing at least a metal element in between, for example, by atomic diffusion bonding.
  • the hard glass substrate 81 has a density lower than the density determined from the crystal structure and composition of the material forming the hard glass substrate 81, and is, for example, a hard glass material having an abrasion degree of 300 or more.
  • the refractory glass substrate 81 is made of phosphoric acid-based, fluorophosphoric acid-based (eg, fluorophosphate glass composed of phosphoric acid (P 2 O 5 ) and fluoride (eg, AlF 3 or CaF 2 )) or oxidized
  • a glass material containing lead as a main component can be used.
  • the refractory glass substrate 81 and the substrate 21 can be joined by using, for example, a method similar to that of the first embodiment.
  • Ra arithmetic mean roughness
  • polishing it is easy to cause a chemical reaction with moisture in the air, cleaning liquid, and abrasives, and the surface is left unattended.
  • the surface is rough, or the surface is rough due to cleaning. Therefore, it is difficult to keep the surface roughness low, and at the time of joining, the surface is likely to be in a rough state as shown in FIG. 10, for example.
  • the refractory glass substrate 81 and the substrate 21 are bonded via the buffer layer 31 containing at least a metal element.
  • a base material such as the difficult-to-be-glass substrate 81 whose surface roughness is difficult to be kept low can be bonded using, for example, atomic diffusion bonding.
  • Example 1 schematically shows an example of a cross-sectional configuration of the phosphor wheel (phosphor wheel 100A), and FIG. 11B schematically shows an example of a planar configuration of the phosphor wheel 100A shown in FIG. 11A. It is a representation. Note that FIG. 11A shows a cross section taken along the line II shown in FIG. 11B.
  • the phosphor wheel 100A is used as, for example, a transmissive wavelength conversion element in a light source section of a projector.
  • the phosphor wheel 100A has, for example, a structure in which a dichroic film 112, a buffer layer 131, an interface antireflection film 122, and a phosphor layer 121 are laminated in this order on a rotatable wheel substrate 111. Antireflection films 113 and 123 are provided on the back surface of 111 and on the phosphor layer 121, respectively.
  • the wheel substrate 111 is, for example, a sapphire substrate and corresponds to the base body 21 in the above-described embodiment.
  • the phosphor layer 121 has, for example, an annular shape and is, for example, a plate-shaped ceramic phosphor, and corresponds to the porous substrate 11 in the above-described embodiment.
  • the dichroic film 112 selectively transmits light in the blue wavelength band and selectively transmits light in the green and red wavelength bands.
  • the interfacial antireflection film 122 is for reducing interfacial reflection due to the difference in refractive index between the buffer layer 131 and the phosphor layer 121.
  • the dichroic film 112 and the interface antireflection film 122 correspond to a specific example of a functional layer.
  • the phosphor layer 121 is fixed onto a supporting substrate 140 made of glass or the like via an adhesive layer 141.
  • the support substrate 140 is made of, for example, glass.
  • an acrylic ultraviolet curing adhesive can be used.
  • an interface antireflection film 122 made of, for example, a dielectric multilayer film is formed on the support substrate 140 and the phosphor layer 121 by using, for example, IAD, and then further oxidized, for example.
  • a base layer 131A made of silicon (SiO x ) is formed.
  • metal films 132 and 133 each made of a Ti film are formed on the underlying layers 131A and 131B, and then, as shown in FIG. 12E, the metal film 132 and the metal film 133 are formed. And are arranged to face each other, and pressure (P) is applied to join them.
  • an annealing treatment is performed to oxidize the metal films 132 and 133 with oxygen supplied from the base layers 131A and 131B, thereby making the bonding surfaces transparent and strengthening the bonding force.
  • the buffer layer 131 is formed between the dichroic film 112 and the interface antireflection film 122.
  • the resin forming the adhesive layer 141 is thermally decomposed by this annealing treatment, and the supporting substrate 140 is removed as shown in FIG. 12F.
  • an antireflection film 123 is formed on the phosphor layer 121. As described above, the phosphor wheel 100A is completed.
  • the members are made of an inorganic material, and heat resistance and light resistance are improved as compared with the case where the members are bonded using an organic adhesive. Further, even when the temperature of the phosphor rises due to the irradiation of the excitation light, the phosphor expands integrally with the wheel substrate 111 made of a sapphire substrate having a linear expansion coefficient close to each other, which makes it resistant to cracking.
  • a light transmissive sapphire substrate is used as the wheel substrate 111
  • a light reflective metal substrate may be used, for example.
  • FIG. 13 schematically shows another example of the cross-sectional structure of the phosphor wheel (phosphor wheel 100B), and FIG. 14 shows a phosphor wheel including the laminated structure of the light emitting layer 120 shown in FIG. Fig. 1 schematically shows an example of a cross-sectional structure of 100B.
  • the phosphor wheel 100B is used as, for example, a reflection type wavelength conversion element in a light source section of a projector.
  • the phosphor wheel 100B has a light emitting layer 120 and a cover glass 152 laminated in this order on a rotatable wheel substrate 151.
  • the cover glass 152 is fixed to the wheel substrate 151 by a glass holder heat sink 153 and an inner plate, for example.
  • the light emitting layer 120 includes an adhesive layer 157, a dielectric multilayer film 158, a phosphor layer 121, an antireflection film 123, and an inorganic bonding layer 124, which are stacked in this order from the wheel substrate 151 side.
  • the glass 152 is joined using this technique.
  • An antireflection film 159 is provided on the cover glass 152, for example.
  • a cover glass 152 made of sapphire glass is bonded to the light extraction surface on the phosphor layer 121 made of a ceramic phosphor, so that the phosphor layer 121 is generated by irradiation of excitation light. Heat is exhausted through the cover glass 152 in addition to the wheel substrate 151. That is, in the phosphor wheel 100B, it is possible to form the exhaust heat path on the excitation light incident side in addition to the back surface on the wheel substrate 151 side, and it is possible to reduce the temperature rise of the phosphor layer 121. .. Therefore, it becomes possible to improve the fluorescence conversion efficiency.
  • the incident surface of the excitation light of the phosphor layer 121 can be pressed down by the cover glass 152 in a batch, so that the partial heat generated by the temperature rise of the phosphor layer 121. It is possible to prevent cracking due to deformation.
  • the rotary type wavelength conversion element is shown as an example, but the present technology can be applied to a non-rotational type wavelength conversion element.
  • FIG. 15A illustrates an example of a cross-sectional configuration of the light emitting device 200 (light emitting device 200A), and FIG. 15B schematically illustrates a planar configuration of the light emitting device 200A illustrated in FIG. 15A. Note that FIG. 15A shows a cross section taken along the line II-II shown in FIG. 15B.
  • the light emitting device 200A is used as, for example, a light source for a projector, a headlight light source for an automobile, or the like.
  • the light emitting device 200A is, for example, a non-rotational transmission type wavelength conversion element, and for example, the lens 230 is arranged on the front side of the phosphor layer 211 and the LED 221 is arranged on the rear side.
  • the excitation light emitted from the back surface of the phosphor layer 211 is converted into fluorescence in the phosphor layer 211 and is extracted from the lens 230.
  • the light emitting device 200A includes, for example, an LED 221, a capturing lens 220 that forms a hollow structure 220X around the LED 221, a buffer layer 213C, a dielectric film 213B, an antireflection film 213A, and a phosphor in a device case 240.
  • the layer 211, the dielectric film 212A, the buffer layer 212B, the dielectric film 212C, and the lens 230 are laminated in this order.
  • the device case 240 is arranged on the substrate 250, for example.
  • the phosphor layer 211 and the capturing lens 220, and the phosphor layer 211 and the lens 230 are joined using the present technology.
  • FIG. 15A an example in which the capturing lens 220 that forms the hollow structure 220X is arranged around the LED 221 is shown above the LED 221, but the present invention is not limited to this, and for example, the capturing lens 220 may be omitted and a gap may be formed over the LED 221. May be formed.
  • FIG. 16A shows an example of a cross-sectional structure of the light emitting device 200 (light emitting device 200B), and FIG. 16B schematically shows a planar structure of the light emitting device 200B shown in FIG. 16A. Note that FIG. 16A shows a cross section taken along the line III-III shown in FIG. 16B.
  • the light emitting device 200B is used as, for example, a light source for a projector, a headlight light source for an automobile, or the like.
  • the light emitting device 200B is, for example, a non-rotational reflection type wavelength conversion element, and for example, a lens 230 is arranged on the front surface side of the phosphor layer 211, and a light emitting element such as an LED is arranged outside the light emitting device 200B.
  • the excitation light enters from the lens 230 side, and the fluorescence converted in the phosphor layer 211 and the unconverted excitation light are extracted from the lens 230.
  • the light emitting device 200B includes, for example, a reflection mirror 214 made of, for example, a metal film, a phosphor layer 211, a dielectric film 212A, a buffer layer 212B, a dielectric film 212C, and a lens 230 in a device case 240. They are stacked in order.
  • the phosphor layer 211 and the lens 230 are joined using the present technology.
  • Micron-sized phosphor particles which are close to spheres, reduce the effect of surface reflection and allow light to be efficiently taken into the interior as well as being easy to take out light. Further, the reflected light can be used by another phosphor particle. Therefore, in a general white LED, the phosphor particles have a shape close to a sphere, and the package is filled with a phosphor layer 211 formed by mixing, for example, a sealing resin made of silicon and the phosphor particles.
  • the packaged phosphor layer 211 has a smooth surface, and therefore has a large influence of reflection, has a large fluorescence confinement, and has a low light extraction efficiency, like the YAG ceramic phosphor.
  • the light emitting device 200A and the light emitting device 200B by joining the lens 230 on the phosphor layer 211 via the dielectric film 212A, the buffer layer 212B, and the dielectric film 212C, there is no total reflection. It is possible to provide the light emitting device 200A and the light emitting device 200B with improved light extraction efficiency.
  • Example 3 In a laser amplifier (continuous wave: CW), it is generally known that the temperature of a wavelength conversion element (laser medium) rises as the pump light increases, and the conversion efficiency decreases. In order to solve this, by joining materials having good thermal conductivity for the purpose of cooling and exhausting heat, it is possible to improve the heat dissipation characteristics, and it is possible to maintain the conversion efficiency by reducing the temperature of the laser medium.
  • laser media YAG (nd: 1.81) and CVD diamond (nd: 2.39), YAG (nd: 1.81) and 6H—SiC (nd: 2.6) are used as a material having good thermal conductivity.
  • FIG. 17 shows an example of a cross-sectional structure of a laser amplifier (laser amplifier 300) having a heat removal structure in which a YAG layer 311 having a refractive index of 1.81 and a YAG layer 321 are joined.
  • SiO 2 layers 332 and 333, interface antireflection films 312 and 322 that prevent reflection at the interfaces between the SiO 2 layer 331 and the YAG layer 311, and the SiO 2 layer 331 and the YAG layer 321, respectively are provided on the bonding surfaces.
  • the YAG layer 311 and the YAG layer 321 correspond to a specific example of the porous substrates 11 and 41 in the above modification
  • the SiO 2 layers 332 and 333 correspond to the underlayer
  • these are the buffer layer 331.
  • the interface antireflection films 312 and 322 correspond to a specific example of the functional layer.
  • titanium (Ti) is used as the bonding metal, and is distributed, for example, in the vicinity of the interface between the SiO 2 layer 332 and the SiO 2 333 of the SiO 2 layer 331 forming the buffer layer.
  • Nd-doped YAG having an amplifier function and Cr-doped YAG having a passive Q-switch function are joined.
  • a wavelength conversion layer (amplifier) and a passive Q switch device that generates pulsed light are integrated by including a dielectric multilayer film that reflects the pump light wavelength and transmits only stimulated emission light.
  • a simple pulse laser device structure can be realized.
  • FIG. 18 shows an example of a sectional configuration of a pulse laser element (pulse laser element 400) in which a laser amplifier 411 and a Q switch 421 are joined.
  • SiO 2 layers 432 and 433 are provided on the joint surfaces of the laser amplifier 411 and the Q switch 421, respectively, and pump light is reflected between the SiO 2 layer 431 and the laser amplifier 411 to cause stimulated emission.
  • An edge filter 412 that transmits light is provided, and an interface antireflection film 422 is provided between the SiO 2 layer 331 and the Q switch 421.
  • the laser amplifier 411 and the Q switch 421 correspond to a specific example of the porous substrates 11 and 41 in the above modification
  • the SiO 2 layers 432 and 433 correspond to the underlayer
  • these are buffers.
  • the layer 431 is formed.
  • the edge filter 412 and the interface antireflection film 422 correspond to a specific example of a functional layer.
  • titanium (Ti) is used as the bonding metal, and it is distributed in the vicinity of the interface between the SiO 2 layer 432 and the SiO 2 433 of the SiO 2 layer 331 forming the buffer layer, for example.
  • the porous substrate is described as the porous substrate 11, but the present technology is not limited to the porous substrate, and the metal having low workability, the difficult-to-process glass material, etc. It can also be applied to the joining.
  • the present disclosure can also take the following configurations.
  • the first substrate having one surface and having a density lower than the density determined from the crystal structure and composition of the constituent material, and the second substrate arranged to face the one surface. Since a buffer layer containing at least a metal element having excellent polishing workability is provided between the first and second substrates, the arithmetic mean roughness (Ra) is provided on one surface of the first substrate as a bonding surface with the second substrate. ) It becomes possible to form a small joint surface. Therefore, it is possible to provide a structure having improved bonding strength and an electronic device including the structure.
  • substrate is a structure as described in said (1) which has an area
  • Ra arithmetic average roughness
  • Forming a metal film The method for manufacturing a structure according to (12), wherein the first metal film and the second substrate are bonded together. (14) The manufacturing method according to (13) above, wherein after the first metal film and the second substrate are bonded, heat treatment is performed to form the buffer layer. (15) After forming a first buffer layer containing at least a metal element on the first substrate and polishing the surface of the first buffer layer, a first buffer layer having a microcrystalline structure is formed on the first buffer layer. Forming a metal film, A second buffer layer containing at least a metal element and a second metal film having a microcrystalline structure are formed on the second substrate, The method for manufacturing a structure according to any one of (12) to (14), wherein the first metal film and the second metal film are joined together.
  • a first substrate having one surface and having a density lower than that determined from the crystal structure and composition of the constituent materials; A second substrate arranged to face the one surface of the first substrate; An electronic device comprising a structure provided between the first base and the second base and having a buffer layer containing at least a metal element.

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Abstract

本開示の一実施形態の構造体は、一の面を有すると共に、構成材料の結晶構造と組成とから決定される密度よりも低い密度を有する第１基体と、第１基体の一の面と対向配置された第２基体と、第１基体と第２基体との間に設けられると共に、少なくとも金属元素を含むバッファ層とを備える。

Description

構造体および構造体の製造方法ならびに電子機器
　本開示は、例えば、原子拡散接合を用いて接合された構造体およびその製造方法ならびにこれを備えた電子機器に関する。
　接着剤のように、空間を充填することができる接着技術とは異なり、例えば、特許文献１において開示されている原子拡散接合をはじめとする無機接合では、接合界面における接触面積を増やして結合力を確保するため、表面粗さの小さな接合面、即ち算術平均粗さ（Ｒａ）の小さな接合面が求められている。例えば、ガラスや結晶体は、研磨加工によって小さな算術平均粗さ（Ｒａ）を有する接合面を実現しやすいことから、原子拡散接合やオプティカルコンタクト等で多くの実用例が存在する。
特開２０１０－４６６９６号公報
　しかしながら、セラミックス等の多孔質基材や難硝材と称される加工および取り扱いが難しい基材では、研磨加工により小さな算術平均粗さ（Ｒａ）を有する接合面の確保が難しく、十分な接合強度を得ることが難しい。
　接合強度を向上させることが可能な構造体および構造体の製造方法ならびにこれを備えた電子機器を提供することが望ましい。
　本開示の一実施形態の構造体は、一の面を有すると共に、構成材料の結晶構造と組成とから決定される密度よりも低い密度を有する第１基体と、第１基体の一の面と対向配置された第２基体と、第１基体と第２基体との間に設けられると共に、少なくとも金属元素を含むバッファ層とを備えたものである。
　本開示の一実施形態の構造体の製造方法は、一の面を有すると共に、構成材料の結晶構造と組成とから決定される密度よりも低い密度を有する第１基体と、第２基体とを接合し、第１基体と第２基体との間に、少なくとも金属元素を含むバッファ層と形成するものである。
　本開示の一実施形態の電子機器は、上記本開示の一実施形態の構造体を備えたものである。
　本開示の一実施形態の構造体および一実施形態の構造体の製造方法ならびに一実施形態の電子機器では、一の面を有すると共に、構成材料の結晶構造と組成とから決定される密度よりも低い密度を有する第１基体と、その一の面と対向配置される第２基体との間に、研磨加工性に優れた少なくとも金属元素を含むバッファ層を設けるようにした。これにより、第１基体の一の面上に算術平均粗さ（Ｒａ）の小さな接合面が形成される。
本開示の第１の実施の形態に係る構造体の構成を表す断面模式図である。 図１に示した構造体の製造方法の一例を表す断面模式図である。 図２Ａに続く工程を表す断面模式図である。 図２Ｂに続く工程を表す断面模式図である。 図２Ｃに続く工程を表す断面模式図である。 図２Ｄに続く工程を表す断面模式図である。 表面が研磨された多孔質基体の断面模式図である。 図３に示した多孔質基体を用いた構造体の断面模式図である。 本開示の第２の実施の形態に係る構造体の構成の一例を表す断面模式図である。 本開示の第２の実施の形態に係る構造体の構成の他の例を表す断面模式図である。 図６に示した構造体の製造方法の一例を表す断面模式図である。 図７Ａに続く工程を表す断面模式図である。 本開示の変形例１に係る構造体の構成を表す断面模式図である。 図８に示した構造体の製造方法の一例を表す断面模式図である。 図９Ａに続く工程を表す断面模式図である。 図９Ｂに続く工程を表す断面模式図である。 図９Ｃに続く工程を表す断面模式図である。 図９Ｄに続く工程を表す断面模式図である。 本開示の変形例２に係る構造体の構成を表す断面模式図である。 本開示の実施例１に係る蛍光体ホイールの一例を表す断面模式図である。 図１１Ａに示した蛍光体ホイールの平面模式図である。 図１１Ａに示した蛍光体ホイールの製造方法の一例を表す断面模式図である。 図１２Ａに続く工程を表す断面模式図である。 図１２Ｂに続く工程を表す断面模式図である。 図１２Ｃに続く工程を表す断面模式図である。 図１２Ｄに続く工程を表す断面模式図である。 図１２Ｅに続く工程を表す断面模式図である。 本開示の実施例１に係る蛍光体ホイールの他の例を表す断面模式図である。 図１３に示した蛍光体ホイールの構成の一例を表す断面模式図である。 本開示の実施例２に係る発光デバイスの構成の一例を表す断面模式図である。 図１５Ａに示した発光デバイスの平面模式図である。 本開示の実施例２に係る発光デバイスの他の例を表す断面模式図である。 図１６Ａに示した発光デバイスの平面模式図である。 本開示の実施例３に係るレーザ増幅器の構成の一例を表す断面模式図である。 本開示の実施例４に係るパルスレーザ素子の構成の一例を表す断面模式図である。図である。
　以下、本開示における実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。以下の説明は本開示の一具体例であって、本開示は以下の態様に限定されるものではない。また、本開示は、各図に示す各構成要素の配置や寸法、寸法比等についても、それらに限定されるものではない。なお、説明する順序は、下記の通りである。
　１．第１の実施の形態（一方に多孔質基体を用いた構造体の例）
　　　１－１．構造体の構成
　　　１－２．構造体の製造方法
　　　１－３．作用・効果
　２．第２の実施の形態（他方に多孔質基体または金属基体を用いた構造体の例）
　３．変形例
　　　３－１．変形例１（バッファ層が光透過性を有する例）
　　　３－２．変形例２（一方に難硝材を用いた構造体の例）
　４．実施例
＜１．第１の実施の形態＞
　図１は、本開示の第１の実施の形態に係る構造体（構造体１）の断面構成を模式的に表したものである。この構造体１は、２つ以上の被接合部材が、例えば原子拡散接合によって接合された積層構造を有するものであり、例えば、プロジェクタ等に用いられる波長変換素子（例えば、図１１Ａ参照）を構成するものである。本実施の形態の構造体１は、構成材料の結晶構造と組成とから決定される密度よりも低い密度を有する多孔質基体１１（第１基体）と、多孔質基体１１の一の面と対向配置される基体２１（第２基体）とを、少なくとも金属元素を含むバッファ層３１内において、例えば原子拡散接合によって接合されたものである。
（１－１．構造体の構成）
　多孔質基体１１は、上記のように、それを構成する材料の結晶構造と組成とから決定される密度よりも低い密度を有するものであり、例えば、層内に複数の空隙Ｇを有することから密度が連続的な結晶体よりも低いものである。多孔質基体１１は、少なくとも一部に表面の粗さを表す算術平均粗さ（Ｒａ）の大きな領域を有する基材であり、研磨加工により算術平均粗さ（Ｒａ）を小さくすることが困難なものである。本実施の形態の多孔質基体１１は、例えば２ｎｍ以上の算術平均粗さ（Ｒａ）を有すると共に、例えば０．５μｍ以上３μｍ以下の空隙Ｇを複数有するものである。一例として、多孔質基体１１は、セラミックスのような焼結体等が挙げられる。
　基体２１は、例えば、接合面として平板な面を有するものであり、例えば、無機材料またはプラスチック材料により構成されている。無機材料としては、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯx）、酸化アルミニウム（ＡｌＯx）、ＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）等の無機酸化物の結晶質固体、あるいは、ガラス質固体（非晶質固体）が挙げられる。なお、上記材料よりなるガラス質固体にはスピンオングラス（ＳＯＧ）等が含まれる。この他、シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）等の半導体、窒化シリコン（ＳｉＮx）、シリコンカーバイト（ＳｉＣ）およびダイヤモンド等が挙げられる。プラスチック材料としては、例えば、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）またはポリエチルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）等が挙げられる。
　多孔質基体１１および基体２１は、光透過性を有していてもよいし、光透過性を有していなくてもよい。光透過性を有する基体２１としては、例えば、ガラスや石英基板等が挙げられる。
　バッファ層３１は、多孔質基体１１と基体２１とを接合する接合部である。バッファ層３１は、後述する構造体１の製造工程において形成される下地層３１Ａと、金属膜３２，３３とから構成されるものである。金属膜３２は、下地層３１Ａを介して多孔質基体１１上に設けられるものである。金属膜３３は、例えば直接、基体２１上に設けられるものである。バッファ層３１には、金属膜３２，３３に由来する金属元素が膜厚方向に局所的に分布している。
　バッファ層３１は、例えば、下地層３１Ａ由来の、例えば、酸素と結合した無機材料（無機酸化物）を含む。具体的には、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯx）、酸化アルミニウム（ＡｌＯx）、酸化ニオブ（ＮｂＯx）、酸化チタン（ＴｉＯx）、酸化タンタル（Ｔａ2Ｏ5）アルミランタン酸化物（ＡｌＬａＯx）、チタンランタン酸化物（ＴｉＬａＯx）および酸化ハフニウム（ＨｆＯx）等が挙げられる。バッファ層３１は、さらに、金属膜３２，３３由来の、例えば、アルミニウム（Ａｌ），チタン（Ｔｉ），バナジウム（Ｖ），クロム（Ｃｒ），鉄（Ｆｅ），コバルト（Ｃｏ），ニッケル（Ｎｉ），銅（Ｃｕ），亜鉛（Ｚｎ），ガリウム（Ｇａ），ゲルマニウム（Ｇｅ），ジルコニウム（Ｚｒ），ニオブ（Ｎｂ），モリブデン（Ｍｏ），ルテニウム（Ｒｕ），ロジウム（Ｒｈ），パラジウム（Ｐｄ），銀（Ａｇ），白金（Ｐｔ），金（Ａｕ），インジウム（Ｉｎ），スズ（Ｓｎ），ハフニウム（Ｈｆ），タングステン（Ｗ）およびタンタル（Ｔａ）等を含む。この他、バッファ層３１は、窒化シリコン（ＳｉＮ）等の無機窒化物、酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）等の無機酸窒化物およびフッ化シリコン（ＳｉＦx）等の無機フッ化物等を含んでいてもよい。バッファ層３１の、例えばＹ軸方向の膜厚（以下、単に厚みという）は、例えば１０ｎｍ以上１０μｍ以下であることが好ましい。
　なお、バッファ層３１を構成する無機酸化物は、ガラス質固体（非結晶質固体）でもよいし、結晶質固体でもよい。
　バッファ層３１には、金属膜３２，３３由来の金属元素が膜厚方向に局所的に分布しているとしたが、金属元素はバッファ層３１を形成する際の運動エネルギーおよび熱エネルギーや接合後の熱処理等により、下地層３１Ａおよび基体２１との界面において相互拡散する。バッファ層３１内の金属元素の分布を、例えば、エネルギー分散型Ｘ線分析法（Energy Dispersive X-ray analysis：ＥＤＸ）、電子エネルギー損失分光法（Electron Energy Loss Spectroscopy：ＥＥＬＳ）、二次イオン質量分析法（Secondary Ion Mass Spectrometry：ＳＩＭＳ）およびＴＯＦ－ＳＩＭＳ分析等で測定した場合、この金属元素の相互拡散および接合界面の乱れによって、基体２１との界面から多孔質基体１１の界面に向かって、所定の範囲において連続的に低下する金属元素の濃度分布が確認できる。また、例えば、後述する第２の実施の形態の構造体２のように、多孔質基体１１および多孔質基体４１の両方に下地層を設けた場合には、金属元素は、バッファ層３１の層内から多孔質基体１１および基体２１の界面に向かって所定の範囲において連続的に低下する金属元素の濃度分布が確認できる。なお、金属膜３２と下地層３１Ａとの界面および金属膜３３と基体２１との界面における金属元素の相互拡散が小さい場合や、下地層３１Ａおよび基体２１の表面粗さＲａが小さい場合等には、金属元素の連続的な低下は急峻となり、所定の範囲内に矩形的に存在する濃度分布として観察される場合もある。
（１－２．構造体の製造方法）
　このような構造体１は、例えば、次のように製造することができる。
　まず、図２Ａに示したように、算術平均粗さ（Ｒａ）が大きな多孔質基体１１を用意する。次に、例えば図２Ｂに示したように、例えば、イオンアシスト蒸着法（Ion Assisted Deposition：ＩＡＤ）を用いて多孔質基体１１の接合面上に下地層３１Ａを、研磨量と多孔質基体１１の面の粗さを考慮して、例えば１０ｎｍ以上１０μｍ以下の厚さに形成する。なお、下地層３１Ａは、ＩＡＤの他、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法および化学気相成長法（Chemical Vapor Deposition：ＣＶＤ）等を用いて形成するようにしてもよい。
　下地層３１Ａは、上記バッファ層３１を構成する無機酸化物を含んで構成されている。下地層３１Ａには、研磨加工性のよい材料を用いることが好ましく、具体的には、下地層３１Ａは、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯx）、酸化アルミニウム（ＡｌＯx）、酸化ニオブ（ＮｂＯx）、酸化チタン（ＴｉＯx）、酸化タンタル（Ｔａ2Ｏ5）、アルミニウムランタン酸化物（ＡｌＬａＯx）、チタンランタン酸化物（ＴｉＬａＯx）および酸化ハフニウム（ＨｆＯx）のうちの１種または２種以上を含んで構成されている。下地層３１Ａの厚みは、上記のように、例えば１０ｎｍ以上１０μｍ以下の厚さとして形成することが好ましいがこれに限らない。
　続いて、図２Ｃに示したように、例えば物理あるいは化学的作用による研磨を行い、下地層３１Ａの算術平均粗さ（Ｒａ）を低減する。具体的には、下地層３１Ａの表面は、平滑性を有することが好ましく、例えば０．５ｎｍ以下の算術平均粗さ（Ｒａ）を有していることが好ましい。これにより、原子拡散接合法において好ましい接合面となる。
　なお、求められる接合面の算術平均粗さ（Ｒａ）は、例えば、接合に用いられる金属膜３２，３３の厚みによって変わる。
　例えば、接合金属層（金属膜３２，３３）を構成する金属であるチタン（Ｔｉ）を用いてガラス質材料からなる２つの基体を接合する場合には、求められる接合面の算術平均粗さ（Ｒａ）は以下のようになる。例えば、片側の基体に設けられる接合金属層（Ｔｉ膜）の厚みが５０ｎｍ以下の場合には、接合面の算術平均粗さ（Ｒａ）は１ｎｍ以下であれば無加圧で接合することででき、０．３ｎｍ以下であればさらに好ましい。また、片側の基体に設けられる接合金属層（Ｔｉ膜）の厚みが２０ｎｍより厚い場合には、接合面の算術平均粗さ（Ｒａ）は１．０ｎｍ以下であれば１０ＭＰａ以上で加圧することで接合することができる。
　接合に求められる接合金属層の厚みと接合面（本実施の形態では、下地層３１Ａおよび基体２１）の算術平均粗さ（Ｒａ）との関係は、接合金属層の結晶構造および自己拡散係数に依存する。例えば、面心立方格子を有し、且つ、自己拡散係数が大きなアルミニウム（Ａｌ）や金（Ａｕ）等を接合金属層に用いた場合には、接合界面において原子再配列現象が生じやすいため、算術平均粗さ（Ｒａ）が大きくても接合することができる。また、例えば接合金属層としてアルミニウム（Ａｌ）膜を用い、後述する第２の実施の形態の構造体３のように、一方または両方の基体が金属基体である場合には、接合時に、例えば３０ＭＰａ以上加圧することで、金属基体および接合金属層に弾性変形および塑性変形を誘導することが可能となる。その場合には、表面粗さ（Ｒａ）が３ｎｍ程度でも接合することができる。
　なお、下地層３１Ａは、自己平滑化作用を有する成膜プロセスを用いて形成するようにしてもよい。その場合には、上記のような研磨処理は不要となる。また、下地層３１Ａには、上記のような研磨加工性の良好な材料の他に、変形が容易な樹脂を基体上に成膜することで辺回により接合面積を確保する手法も有効である。表面張力により樹脂表面の表面粗さが低減する濡れ性の高い樹脂を用いるとさらに有効である。
　次に、図２Ｄに示したように、下地層３１Ａ上に、例えば微結晶構造を有する金属膜３２を形成し、同様の方法を用いて表面に金属膜３３を形成した基体２１を用意する。なお、基体２１に求められる算術平均粗さ（Ｒａ）および金属膜３３の厚みは、下地層３１Ａに求められる算術平均粗さ（Ｒａ）および金属膜３２の厚みと同様である。続いて、多孔質基体１１上の金属膜３２と、基体２１上の金属膜３３とが正対するように、多孔質基体１１および基体２１を向かい合わせに配置する。
　金属膜３２，３３は、微結晶構造を有するものであり、例えば、アルミニウム（Ａｌ），チタン（Ｔｉ），バナジウム（Ｖ），クロム（Ｃｒ），鉄（Ｆｅ），コバルト（Ｃｏ），ニッケル（Ｎｉ），金（Ａｕ），白金（Ｐｔ），銅（Ｃｕ），亜鉛（Ｚｎ），ガリウム（Ｇａ），ゲルマニウム（Ｇｅ），ジルコニウム（Ｚｒ），ニオブ（Ｎｂ），モリブデン（Ｍｏ），ルテニウム（Ｒｕ），ロジウム（Ｒｈ），パラジウム（Ｐｄ），銀（Ａｇ），インジウム（Ｉｎ），スズ（Ｓｎ），ハフニウム（Ｈｆ）およびタンタル（Ｔａ），タングステン（Ｗ）ならびにステンレス等を含んで構成されている。本実施の形態では、後述するように、原子拡散接合法を用いて金属膜３２と金属膜３３とを重ね合わせて多孔質基体１１と基体２１とを接合する。このとき、下地層３１Ａおよび基体２１の表面が平滑であれば、金属膜３２，３３の厚みは、例えば、それぞれ０．２ｎｍの極薄い膜でも接合できる。
　金属膜３２，３３は、例えば、以下の方法を用いて成膜する。まず、例えば、到達真空度が１×１０-4～１×１０-8Ｐａの高真空度である真空容器において、例えば、スパッタリング法、イオンプレーティング等の物理蒸着法（Physical Vapor Deposition：ＰＶＤ）、ＣＶＤ法あるいは各種蒸着法を用いて、例えば０．２ｎｍ以上２００ｎｍ以下の厚さの、例えばＴｉ膜を成膜する。なお、拡散速度が比較的遅い金属材料を用いる場合には、成膜された金属膜３２，３３の内部応力を高めることが可能なプラズマの発生下で成膜を行う真空成膜方法や、スパッタリング法を用いて成膜することが好ましい。
　金属膜３２，３３の成膜時の真空容器内の圧力は、到達真空度が１×１０-4～１×１０-8Ｐａの真空雰囲気であればよいが、低い圧力（高真空度）である程好ましい。これにより、例えば、Ａｌ等の酸化しやすい材料を用いることが可能となる。
　スパッタリング法を用いて金属膜３２を成膜する場合には、成膜時における不活性ガス（一般的には、アルゴン（Ａｒ）ガス）の圧力は、放電可能な領域（例えば、０．０１Ｐａ以上）であることが好ましい。但し、３０Ｐａ（３００μｂａｒ）を超える接合を行うことができない虞があるため、上限は３０Ｐａ（３００μｂａｒ）以下とすることが好ましい。これは、Ａｒガス圧が上昇すると、成膜される金属膜３２の算術平均粗さ（Ｒａ）が増加するからである。なお、金属膜３２，３３は、自己平滑化作用を有する成膜プロセスを用いて形成するようにしてもよい。その場合には、金属膜３２，３３の表面が平滑になるため、接合面の算術平均粗さ（Ｒａ）が大きくても接合することができるようになる。
　なお、金属膜３２，３３の成膜および後述する金属膜３２と金属膜３３との接合は、真空条件下、同じ装置内で実施することが望ましい。これにより、金属膜３２，３３の表面の酸化が低減され、良好な接合が可能となる。
　続いて、図２Ｅに示したように、例えば、原子拡散接合法を用いて金属膜３２と金属膜３３とを重ね合わせ、例えば基体２１側から圧力（Ｐ）を加えて多孔質基体１１と基体２１とを接合する。これにより、金属膜３２と金属膜３３との接合界面および結晶粒界において原子拡散を生じさせ、且つ、接合歪みが緩和した接合を行うことが可能となる。以上により、図１に示した構造体１が完成する。
　なお、金属膜３２，３３の接合は、上述した原子拡散接合法以外の方法を用いて行ってもよい。例えば、対向配置された２つの基体の一方あるいは両方の表面に予め金属膜が形成されている場合には、真空容器内において、例えばプラズマエッチング等により予め形成された金属膜の表面の酸化物や有機物を除去して表面を活性化することで、他方の金属膜と接合させることが可能となる。
（１－３．作用・効果）
　２つ以上の被接合部材を貼り合わせる接合技術としては、原子拡散接合をはじめとする無機接合がある。無機接合では、接合界面における接触面積を増やして結合力を確保するため、算術平均粗さ（Ｒａ）の小さな接合面が求められている。例えば、ガラス質の均質材料は、研磨加工によって小さな算術平均粗さ（Ｒａ）を有する接合面を実現しやすいことから、原子拡散接合やオプティカルコンタクト等で多くの実用例が存在する。
　しかしながら、構成材料の結晶構造と組成とから決定される密度よりも低い密度を有するセラミックス等の多孔質基材では、研磨加工により小さな算術平均粗さ（Ｒａ）を有する接合面の確保が難しく、十分な接合強度を得ることが難しい。例えば、多孔質基材（多孔質基体１０１１）の表面を直接研磨した場合、例えば、図３に示したように、平坦度は改善されるものの、算術平均粗さ（Ｒａ）はほとんど変化しない。例えばＹＡＧセラミックスを光学研磨によって表面を研磨した場合、算術平均粗さは（Ｒａ）は約２．０ｎｍを限界としてこれ以上の改善は見られない。これは、ＹＡＧセラミックスが多数の粒子の焼結体であるため、光学研磨を行っても、表面の粒子の研磨によって構造内に存在する空隙が露出されてくるからである。
　このような面Ｓ１０１１を接合面として、基体（基体１０２１）と原子拡散接合を行った場合、多孔質基体１０１１と、多孔質基体１０１１と基体１０２１との間に形成される金属層１０３０中の接合面は、例えば図４に示したように、点接触となる。このため、十分な接合強度が得られる算術平均粗さ（Ｒａ）０．５ｎｍ以下まで表面粗さを改善できる石英等のガラス質の均質材料を用いた接合体と比較して、多孔質基材を用いた接合体では、十分な接合強度を得ることが難しい。
　これに対して、本実施の形態の構造体１では、算術平均粗さ（Ｒａ）の大きな多孔質基体１１と基体２１との間に、少なくとも金属元素を含むバッファ層３１を設けるようにした。このバッファ層３１は、基体２１との接合工程において、多孔質基体１１上に設けられた下地層３１Ａ由来のものである。この下地層３１Ａは、例えばガラス質であり、研磨加工によって算術平均粗さ（Ｒａ）の小さな平滑面を形成することができる。即ち、本実施の形態では、算術平均粗さ（Ｒａ）の大きな多孔質基体１１上に、研磨加工性に優れた無機酸化物を含む下地層３１Ａを設けるようにしたので、多孔質基体１１上の平滑性を確保することが可能となり、例えば原子拡散接合を用いた接合が可能となる。
　以上のように、本実施の形態では、算術平均粗さ（Ｒａ）の大きな多孔質基体１１上に研磨加工性に優れた無機材料の下地層３１Ａを設け、これを研磨することで算術平均粗さ（Ｒａ）の小さな接合面を形成するようにした。これにより、例えば、原子拡散接合を用いた接合において、被接合部材としては算術平均粗さ（Ｒａ）の大きな多孔質基体１１を用いた構造体１の接合強度を向上させることが可能となる。
　以下、第２の実施の形態および変形例について説明するが、以降の説明において上記第１の実施の形態と同一構成部分については同一符号を付してその説明は適宜省略する。
＜２．第２の実施の形態＞
　図５は、本開示の第２の実施の形態に係る構造体（構造体２）の断面構成の一例を模式的に表したものであり、図６は、本開示の第２の実施の形態に係る構造体（構造体３）の断面構成の他の例を模式的に表したものである。これら構造体２，３は、上記第１の実施の形態と同様に、２つ以上の被接合部材が、例えば原子拡散接合によって接合された積層構造を有するものであり、例えば、レーザ増幅器（例えば、図１６参照）を構成するものである。
　上記第１の実施の形態では、多孔質基体１１との被接合部材として、無機材料またはプラスチック材料等からなる平板な接合面を有する基体２１を用いた例を示したが、多孔質基体１１との被接合部材はこれに限らない。
　例えば、多孔質基体１１との被接合部材としては、図５に示した構造体２のように、算術平均粗さ（Ｒａ）の大きな基体（多孔質基体４１）を用いることができる。構造体２は、算術平均粗さ（Ｒａ）の大きな多孔質基体１１と多孔質基体４１とが、上記第１の実施の形態における構造体１と同様に、バッファ層３１を間に接合されたものである。多孔質基体４１は、多孔質基体１１と同様に、構成材料の結晶構造と組成とから決定される密度よりも低い密度を有するものであり、例えば、層内に複数の空隙Ｇを有することから密度が結晶体よりも低いものである。多孔質基体４１は、例えば２ｎｍ以上の算術平均粗さ（Ｒａ）を有すると共に、例えば０．５μｍ以上５０μｍ以下の空隙Ｇを複数有する。一例として、多孔質基体４１は、セラミックスのような焼結体等が挙げられる。本実施の形態では、バッファ層３１は、例えば１０ｎｍ以上１０μｍ以下の厚みを有することが好ましい。
　図５に示したように、多孔質基体同士を接合する場合には、多孔質基体１１と同様に、まず、多孔質基体４１上に下地層を形成し、その表面を研磨して例えば０．５ｎｍ以下の算術平均粗さ（Ｒａ）の小さな面を形成する。続いて、この下地層上に、上記第１の実施の形態において下地層３１Ａ上に形成された金属膜３２と同様に、微結晶構造を有する金属膜を形成する。この金属膜と、多孔質基体１１上に設けた金属膜３２が正対するように、多孔質基体１１および多孔質基体４１を向かい合わせに配置し、例えば多孔質基体４１側から圧力（Ｐ）を加えて接合する。以上により、図５に示した構造体２が完成する。
　また、多孔質基体１１との被接合部材としては、図６に示した構造体３のように、算術平均粗さ（Ｒａ）の大きな金属基体（金属基体５１）も用いることができる。構造体３は、互いに算術平均粗さ（Ｒａ）の大きな多孔質基体１１と金属基体５１とが、バッファ層６１を間に接合されたものである。被接合部材として金属基体５１を用いる場合には、上述したように、接合時に所定の圧力を加えることにより、接合基体に弾性変形および塑性変形を誘導することができる。このような金属基体５１では、算術平均粗さ（Ｒａ）は例えば３ｎｍ以下であればよい。金属基体５１を構成する金属材料としては、例えば、ステンレス、アルミニウム（Ａｌ）、鉄（Ｆｅ）、銅（Ｃｕ）、マグネシウム（Ｍｇ）および亜鉛（Ｚｎ）等が挙げられる。構造体３のように、圧力の印加によって弾性変形および塑性変形が可能な被接合部材を用いる場合には、金属膜３２の厚みは、例えば１０ｎｍ以上２００ｎｍ以下であることが好ましい。
　以下に、構造体３の製造方法について説明する。
　上記第１の実施の形態と同様の方法を用いて、下地層３１Ａおよび金属膜３２が形成された多孔質基体１１を用意する。続いて、金属基体５１の算術平均粗さ（Ｒａ）の大きな面上に金属膜６３を形成し、図７Ａに示したように、金属膜３２と金属膜６３とが正対するように、多孔質基体１１および金属基体５１とを向かい合わせに配置する。
　金属膜６３は、金属膜３２と同様に、微結晶構造を有するものであり、上記金属材料あるいは半金属材料を含んで構成されている。金属膜６３の厚みは、加圧による金属膜３２および金属膜６３、ならびに金属基体５１の変形を加味して接合する面積が十分な厚みを有することが好ましく、例えば１０ｎｍ以上２００ｎｍ以下であることが好ましい。
　金属膜６３は、上記金属膜３２と同様の方法を用いて成膜することができる。まず、例えば、到達真空度が１×１０-4～１×１０-8Ｐａの高真空度である真空容器において、例えば、スパッタリング法、イオンプレーティング等のＰＶＤ法、ＣＶＤ法あるいは各種蒸着法を用いて、例えば０．２ｎｍ以上２００ｎｍ以下の厚さの、例えばＴｉ膜を成膜する。なお、拡散速度が比較的遅い金属材料を用いる場合には、成膜された金属膜５３の内部応力を高めることが可能なプラズマの発生下で成膜を行う真空成膜方法や、スパッタリング法を用いて成膜することが好ましい。
　金属膜６３の成膜時の真空容器内の圧力は、到達真空度が１×１０-4～１×１０-8Ｐａの真空雰囲気であればよいが、低い圧力（高真空度）である程好ましい。これにより、例えば、Ａｌ等の酸化しやすい材料を用いることが可能となる。
　スパッタリング法を用いて金属膜６３を成膜する場合には、成膜時における不活性ガス（一般的には、アルゴン（Ａｒ）ガス）の圧力は、放電可能な領域（例えば、０．１Ｐａ以上）であることが好ましい。但し、３０Ｐａ（３００μｂａｒ）を超える接合を行うことができない虞があるため、上限は３０Ｐａ（３００μｂａｒ）以下とすることが好ましい。これは、Ａｒガス圧が上昇すると、成膜される金属膜６３の算術平均粗さ（Ｒａ）が増加するからである。なお、金属膜６３は、自己平滑化作用を有する成膜プロセスを用いて形成するようにしてもよい。その場合には、金属膜６３の表面が平滑になるため、接合面の算術平均粗さ（Ｒａ）が大きくても接合することができるようになる。
　なお、金属膜３２，６３の成膜および後述する金属膜３２と金属膜６３との接合は、真空条件下、同じ装置内で実施することが望ましい。これにより、金属膜３２，６３の表面の酸化が低減され、良好な接合が可能となる。
　続いて、図７Ｂに示したように、例えば、原子拡散接合法を用いて金属膜３２と金属膜６３とを重ね合わせ、例えば金属基体５１側から圧力（Ｐ）を加える。このとき、金属基体５１および金属膜６３は変形し、対向する金属膜３２との接触面積が増加する。これにより、金属膜６３と金属膜６３との接合界面および結晶粒界において原子拡散を生じさせ、且つ、接合歪みを緩和させた接合を行うことが可能となる。以上により、図６に示した構造体３が完成する。
　以上のように、本実施の構造体２では、算術平均粗さ（Ｒａ）の大きな多孔質基体１１，４１のそれぞれに、下地層（例えば下地層３１Ａ）を設け、その表面を研磨して例えば０．５ｎｍ以下の算術平均粗さ（Ｒａ）の小さな面を形成したのち、それぞれの下地層上に、金属膜（例えば金属膜３２）を形成して接合するようにした。本実施の形態の構造体３では、多孔質基体１１の被接合部材として算術平均粗さ（Ｒａ）の大きな金属基体（金属基体５１）を用い、多孔質基体１１との接合面側に、上記第１の実施の形態において下地層３１Ａ上に設けた金属膜３２と同様の金属膜６３を設け、多孔質基体１１側に設けられた金属膜３２と接合するようにした。これにより、多孔質基体１１との被接合部材を限定することなく、接合強度に優れた構造体を形成することができる。
＜３．変形例＞
（３－１．変形例１）
　図８は、本開示の変形例１に係る構造体（構造体４）の断面構成の一例を模式的に表したものである。構造体４は、上記第１の実施の形態と同様に、２つ以上の被接合部材が、例えば原子拡散接合によって接合された積層構造を有するものであり、例えば、プロジェクタ等に用いられる波長変換素子（例えば、図９Ａ参照）の他、レーザ増幅器やプリズム等、光透過性を有する光学部材等を構成するものである。本変形例では、上記第１の実施の形態と同様に、算術平均粗さ（Ｒａ）の大きな多孔質基体１１と、接合面として平板な面を有する基体２１とを用いた場合を例に説明する。
　バッファ層７１は、多孔質基体１１と基体２１とを接合する接合部である。バッファ層７１は、上記第１の実施の形態等と同様に、製造工程において形成される下地層７１Ａと、金属膜７２，７３とからなり、本変形例では、さらに光透過性を有する構成となっている。
　バッファ層７１は、例えば、下地層７１Ａ由来の、例えば、酸素と結合した無機材料（無機酸化物）を含む。具体的には、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯx）、酸化アルミニウム（ＡｌＯx）、酸化ニオブ（ＮｂＯx）、酸化チタン（ＴｉＯx）、酸化タンタル（Ｔａ2Ｏ5）アルミランタン酸化物（ＡｌＬａＯx）、チタンランタン酸化物（ＴｉＬａＯx）および酸化ハフニウム（ＨｆＯx）等が挙げられる。バッファ層７１は、さらに、金属膜７２，７３由来の、例えば、アルミニウム（Ａｌ），チタン（Ｔｉ），バナジウム（Ｖ），クロム（Ｃｒ），鉄（Ｆｅ），コバルト（Ｃｏ），ニッケル（Ｎｉ），銅（Ｃｕ），亜鉛（Ｚｎ），ガリウム（Ｇａ），ゲルマニウム（Ｇｅ），ジルコニウム（Ｚｒ），ニオブ（Ｎｂ），モリブデン（Ｍｏ），ルテニウム（Ｒｕ），ロジウム（Ｒｈ），パラジウム（Ｐｄ），銀（Ａｇ），インジウム（Ｉｎ），スズ（Ｓｎ），ハフニウム（Ｈｆ）およびタンタル（Ｔａ）等を含む。この他、バッファ層７１は、窒化シリコン（ＳｉＮ）等の無機窒化物、酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）等の無機酸窒化物およびフッ化シリコン（ＳｉＦx）等の無機フッ化物等を含んでいてもよい。本実施の形態では、バッファ層７１は、例えば１０ｎｍ以上１０μｍ以下の厚みを有することが好ましい。
　なお、バッファ層７１を構成する無機酸化物は、結晶質固体でもよいし、ガラス質固体（非結晶質固体）でもよい。
　バッファ層７１には、上記第１の実施の形態と同様に、膜厚方向に局所的に金属元素が分布している。この金属元素は、金属膜７２，７３由来のものである。金属膜７２，７３を構成する金属元素は、詳細は後述するが、金属膜７２と金属膜７３との接合後のアニール処理において、下地層（本変形例では、下地層７１Ａ）を構成する酸素原子が、下地層７１Ａに接する金属膜７２に向かって拡散する。この酸素原子の拡散および接合界面の乱れによって、バッファ層７１内の金属元素の分布を、例えば、ＥＤＸ、ＥＥＬＳ、ＳＩＭＳおよびＴＯＦ－ＳＩＭＳ分析等で測定した場合、上記下地層７１Ａからの酸素原子の拡散によって、基体２１との界面から多孔質基体１１の界面に向かって、所定の範囲において連続的に低下する金属元素の濃度分布が確認できる。また、例えば、第２の実施の形態の構造体２のように、多孔質基体１１および多孔質基体４１の両方に下地層を設けた場合には、金属元素は、バッファ層７１の層内から多孔質基体１１および基体２１の界面に向かって所定の範囲において連続的に低下する金属元素の濃度分布が確認できる。なお、下地層（本変形例では、下地層７１Ａ）を構成する酸素原子と金属膜７２，７３の金属元素との化学結合の安定性が高い場合や、バッファ層の表面粗さＲａが小さい場合等には、金属元素の連続的な低下は急峻となり、所定の範囲内に矩形的に存在する濃度分布として観察される場合もある。
　以下に、構造体４の製造方法について説明する。
　まず、図９Ａに示したように、多孔質基体１１を用意する。次に、例えば図９Ｂに示したように、例えば、電子線を用いた真空蒸着法を用いて多孔質基体１１の接合面上に下地層７１Ａを、研磨量と多孔質基体１１の面の粗さを考慮して、例えば１０ｎｍ以上１０μｍ以下の厚さに形成する。なお、下地層７１Ａは、真空蒸着法の他、ＩＡＤ法、スパッタリング法、イオンプレーティング法およびＣＶＤ法等を用いて形成するようにしてもよい。
　下地層７１Ａは、酸素と化学結合した無機材料（無機酸化物）であると共に、研磨加工性がよい材料を用いることが好ましい。また、粒界等によって層内に形成される空隙に酸素を物理的な吸着によって内包することができる材料を用いるようにしてもよい。いずれの材料においても、金属膜７２，７３に用いられる金属材料よりも酸素結合力が低い材料であることが好ましい。一例としては、酸化シリコン（ＳｉＯx）等の無機酸化物、アルミニウム（Ａｌ），チタン（Ｔｉ），バナジウム（Ｖ），クロム（Ｃｒ），鉄（Ｆｅ），コバルト（Ｃｏ），ニッケル（Ｎｉ），銅（Ｃｕ），亜鉛（Ｚｎ），ガリウム（Ｇａ），ゲルマニウム（Ｇｅ），ジルコニウム（Ｚｒ），ニオブ（Ｎｂ），モリブデン（Ｍｏ），ルテニウム（Ｒｕ），ロジウム（Ｒｈ），パラジウム（Ｐｄ），銀（Ａｇ），インジウム（Ｉｎ），スズ（Ｓｎ），ハフニウム（Ｈｆ）およびタンタル（Ｔａ）等の金属酸化物が挙げられる。下地層７１Ａの厚みは、上記のように、例えば１０ｎｍ以上１０μｍ以下の厚さとして形成することが好ましいがこれに限らない。
　ここで、酸素結合力について以下のように定義する。例えば、金属膜７２，７３を構成する金属材料としてチタン（Ｔｉ）を用いる場合の金属膜７２，７３を構成する金属材料の酸素結合力とは、チタン原子と酸素原子との化学結合力である。また、酸素供給材料として酸化ケイ素（ＳｉＯ2）を用いた場合の酸素供給材料の酸素結合力とは、シリコン原子と酸素原子との化学結合力および酸化ケイ素（ＳｉＯ2）と非共有結合性で捕らわれている酸素との結合力を含む。なお、非共有結合性の中には水を介して捕らわれている酸素や膜中に捕らわれている酸素を含むものとする。
　続いて、図９Ｃに示したように、例えば物理あるいは化学的作用による研磨を行い、下地層７１Ａの算術平均粗さ（Ｒａ）を低減する。具体的には、下地層７１Ａの表面は、平滑性を有することが好ましく、例えば０．５ｎｍ以下の算術平均粗さ（Ｒａ）を有していることが好ましい。
　なお、下地層７１Ａは、自己平滑化作用を有する成膜プロセスを用いて形成するようにしてもよい。その場合には、上記のような研磨処理は不要となる。また、下地層７１Ａには、上記のような研磨加工性の良好な材料の他に、変形が容易な樹脂を基体上に成膜することで辺回により接合面積を確保する手法も有効である。表面張力により樹脂表面の表面粗さが低減する濡れ性の高い樹脂を用いるとさらに有効である。
　次に、図９Ｄに示したように、下地層７１Ａ上に、例えば微結晶構造を有する金属膜７２を形成し、同様の方法を用いて表面に金属膜７３を形成した基体２１を用意し、多孔質基体１１上の金属膜７２と、基体２１上の金属膜７３とが正対するように、多孔質基体１１および基体２１を向かい合わせに配置する。
　金属膜７２，７３は、微結晶構造を有するものであり、例えば、アルミニウム（Ａｌ），チタン（Ｔｉ），ジルコニウム（Ｚｒ），ニオブ（Ｎｂ），ハフニウム（Ｈｆ）およびタンタル（Ｔａ）等の酸化することで透明化する金属を含んで構成されている。本変形例では、後述するように、原子拡散接合法を用いて金属膜３２と金属膜３３とを重ね合わせて多孔質基体１１と基体２１とを接合する。このとき、下地層３１Ａおよび基体２１の表面が平滑であれば、金属膜７２，７３の厚みは、例えば、それぞれ０．２ｎｍの極薄い膜でも接合できる。
　なお、金属膜７２，７３の成膜および後述する金属膜７２と金属膜７３との接合は、真空条件下、同じ装置内で実施することが望ましい。これにより、金属膜７２，７３の表面の酸化が低減され、良好な接合が可能となる。
　続いて、図９Ｅに示したように、例えば、原子拡散接合法を用いて金属膜７２と金属膜７３とを重ね合わせ、例えば基体２１側から圧力（Ｐ）を加えて多孔質基体１１と基体２１とを接合する。これにより、金属膜７２と金属膜７３との接合界面および結晶粒界において原子拡散を生じさせ、且つ、接合歪みを緩和させた接合を行うことが可能となる。最後に、接合された多孔質基体１１および基体２１をアニール処理として、例えば、１００℃以上８００℃以下の環境下に放置する。これにより、多孔質基体１１と基体２１との間には、金属元素が膜厚方向に局所的に分布したバッファ層７１が形成される。以上により、図８に示した構造体４が完成する。
　なお、金属膜７２，７３の接合は、上述した原子拡散接合法以外の方法を用いて行ってもよい。例えば、対向配置された２つの基体の一方あるいは両方の表面に予め金属膜が形成されている場合には、真空容器内において、例えばプラズマエッチング等により予め形成された金属膜の表面の酸化物や有機物を除去して表面を活性化することで、他方の金属膜と接合させることが可能となる。
　また、金属膜７２の厚みは、下地層７１Ａから発生する酸素によって金属膜７２を構成する金属材料が十分に酸化される厚みとすることが好ましく、下地層７１Ａと比較して十分に薄いことが望ましい。接合強度は、金属膜７２，７３の酸化が進むほど強度が増す。金属膜７２，７３の厚みは、バッファ層７１に光透過性の有無によって変わり、例えば、バッファ層７１が光透過性を有する本変形例では、例えば０．２ｎｍ以上１０ｎｍ以下であることが好ましい。
　アニール処理は、金属膜７２，７３の成膜および金属膜７２と金属膜７３との接合と同じ条件下で実施してもよいし、装置外において、例えば大気中で実施してもよい。また、アニール処理の下限温度である１００℃は、構造体１が用いられる環境温度以上の温度としての一例である。上限温度である８００℃は、構造体１を光学素子として用いる場合に多孔質基体１１、基体２１および下地層７１Ａに使用される光学ガラスの軟化点、金属の融点、薄膜の熱応力による破壊温度に基づくものである。よって、アニール処理の温度は、上記範囲に限定されるものではなく、例えば、構造体１が使用される環境温度の範囲内でも安定な金属酸化膜が形成される場合には、１００℃以下で処理することが好ましい。例えば、低融点ガラスや熱膨張係数の異なる多孔質基体１１と基体２１との接合を行う場合には、アニール処理は、例えば３００℃以下の環境下であることが好ましく、より好ましくは、例えば１００℃以下である。例えば、成膜プロセスや成膜材料によっては、金属膜７２，７３を常温で放置することにより酸化させることができる。更に、下地層７１Ａの密度を下げて層内の空隙を増やすことによって物理吸着される水が多くなる。これにより、酸素供給層から供給される酸素が増え、金属膜７２，７３は常温での酸化が促進される。
　なお、金属膜７２，７３の酸化を進めるプロセスとしては、レーザや電磁波加熱を用いてもよく、その加熱が局在的であってもよい。
　以上のように、本変形例では、下地層７１Ａの材料として酸素結合力が低い材料を用い、さらに、金属膜７２と金属膜７３との接合後にアニール処理を行うようにした。これにより、金属膜７２および金属膜７３を構成する金属元素が酸化され、バッファ層７１は光透過性を有するようになる。
（３－２．変形例２）
　図１０は、本開示の変形例２係る構造体（構造体５）の断面構成を模式的に表したものである。この構造体５は、２つ以上の被接合部材が、例えば原子拡散接合によって接合された積層構造を有するものであり、例えば、色収差を補正する接合レンズ、プロジェクタに用いる偏光分離プリズムを構成するものである。本変形例の構造体５は、難硝基体８１と基体２１とを、少なくとも金属元素を含むバッファ層３１を間に、例えば原子拡散接合によって接合されたものである。
　難硝基体８１は、それを構成する材料の結晶構造と組成とから決定される密度よりも低い密度を有するものであり、例えば、摩耗度３００以上の難硝材である。一例として、難硝基体８１は、リン酸系、フツリン酸系（例えば、リン酸（Ｐ2Ｏ5）とフッ化物（例えば、ＡｌＦ3やＣａＦ2等）とからなるフツリン酸塩ガラス）または酸化鉛を主成分とする硝材が挙げられる。
　難硝基体８１と基体２１との接合は、例えば、上記第１の実施の形態と同様の方法を用いて製造することができる。
　難硝材は、研磨加工により表面の粗さを表す算術平均粗さ（Ｒａ）を小さくすることはできるものの、大気中の水分や、洗浄液、研磨剤と化学的な反応を起こしやすく、放置により面の荒さが荒れていったり、洗浄により面が荒れたりする。このため、表面粗さを低く保つことが難しく、接合時には、例えば、図１０に示したように、表面が粗な状態となりやすい。
　これに対して、本変形例では、上記第１の実施の形態と同様に、少なくとも金属元素を含むバッファ層３１を介して難硝基体８１と基体２１とを接合するようにした。これにより、難硝基体８１のように、表面粗さを低く保つことが難しい基材も、例えば原子拡散接合を用いた接合が可能となる。
＜４．実施例＞
　次に、上記実施の形態および変形例において説明した機能素子（構造体１～５）の実施例について説明する。但し、以下で説明する構成はあくまで一例であり、その構成は適宜変更可能である。
（実施例１）
　図１１Ａは、蛍光体ホイール（蛍光体ホイール１００Ａ）の断面構成の一例を式的に表したものであり、図１１Ｂは、図１１Ａに示した蛍光体ホイール１００Ａの平面構成の一例を模式的に表したものである。なお、図１１Ａは、図１１Ｂに示したＩ－Ｉ線における断面を表している。この蛍光体ホイール１００Ａは、例えばプロジェクタの光源部における透過型の波長変換素子として用いられるものである。
　蛍光体ホイール１００Ａは、例えば、回転可能なホイール基板１１１上に、ダイクロイック膜１１２、バッファ層１３１、界面反射防止膜１２２および蛍光体層１２１がこの順に積層された構成を有し、さらに、ホイール基板１１１の裏面および蛍光体層１２１上には、それぞれ反射防止膜１１３，１２３が設けられている。ホイール基板１１１は、例えばサファイア基板であり、上記実施の形態における基体２１に相当する。蛍光体層１２１は、例えば円環形状を有し、例えばプレート状のセラミックス蛍光体であり、上記実施の形態における多孔質基体１１に相当する。ダイクロイック膜１１２は、例えば、青の波長帯域の光を選択的に透過し、緑および赤の波長帯域の光を選択的に透過するものである。界面反射防止膜１２２は、バッファ層１３１と蛍光体層１２１間の屈折率の違いに起因する界面反射を低減するためのものである。これらダイクロイック膜１１２および界面反射防止膜１２２が機能層の一具体例に相当する。
　以下に、蛍光体ホイール１００Ａの製造方法について説明する。
　まず、図１２Ａに示したように、蛍光体層１２１を、ガラス等からなる支持基板１４０上に、接着層１４１を介して固定する。支持基板１４０は、例えばガラス等からなる。接着層１４１としては、例えばアクリル系紫外線硬化接着剤を用いることができる。続いて、図１２Ｂに示したように、支持基板１４０および蛍光体層１２１上に、例えばＩＡＤを用いて、例えば誘電体多層膜からなる界面反射防止膜１２２を成膜したのち、さらに、例えば酸化シリコン（ＳｉＯx）からなる下地層１３１Ａを成膜する。次に、下地層１３１Ａの表面を、例えば光学研磨して表面粗さを、例えばＲａ＝０．３ｎｍ未満に低減する。
　続いて、図１２Ｃに示したように、ホイール基板１１１上に、例えばＩＡＤを用いて、ダイクロイック膜１１２を成膜したのち、さらに、例えば酸化シリコン（ＳｉＯx）からなる下地層１３１Ｂを成膜し、下地層１３１Ａと同様に、例えば光学研磨して表面粗さを、例えばＲａ＝０．３ｎｍ未満に低減する。次に、図１２Ｄに示したように、下地層１３１Ａ，１３１Ｂ上に、それぞれＴｉ膜からなる金属膜１３２，１３３を成膜したのち、図１２Ｅに示したように、金属膜１３２と金属膜１３３とを対向配置し、圧力（Ｐ）を加えて接合する。接合後、アニール処理することで下地層１３１Ａ，１３１Ｂから供給される酸素によって金属膜１３２，１３３を酸化させ、接合面の透明化および接合力の強化を行う。これにより、ダイクロイック膜１１２と界面反射防止膜１２２との間にバッファ層１３１が形成される。更に、このアニール処理により接着層１４１を構成する樹脂が熱分解され、図１２Ｆに示したように、支持基板１４０が除去される。この後、蛍光体層１２１上に反射防止膜１２３を形成する。以上により、蛍光体ホイール１００Ａが完成する。
　本実施例の蛍光体ホイール１００Ａは、全ての部材が無機材料で構成されており、有機接着剤を用いて接着した場合と比較して、耐熱性および耐光性が向上する。また、励起光の照射によって蛍光体が温度上昇した際にも、線膨張係数が近いサファイア基板からなるホイール基板１１１と一体となって膨張するため、割れに対して強くなる。
　なお、蛍光体ホイール１００Ａでは、ホイール基板１１１として光透過性を有するサファイア基板を用いた例を示したが、例えば光反射性を有する金属基板を用いてもよい。
　図１３は、蛍光体ホイール（蛍光体ホイール１００Ｂ）の断面構成の他の例を模式的に表したものであり、図１４は、図１３に示した発光層１２０の積層構造を含む蛍光体ホイール１００Ｂの断面構成の一例を模式的に表したものである。蛍光体ホイール１００Ｂは、例えばプロジェクタの光源部における反射型の波長変換素子として用いられるものである。
　蛍光体ホイール１００Ｂは、回転可能なホイール基板１５１上に、発光層１２０およびカバーガラス１５２がこの順に積層されたものである。カバーガラス１５２は、例えば、ガラスホルダヒートシンク１５３およびインナープレートによってホイール基板１５１に固定されている。蛍光体ホイール１００Ｂには、その中心部に回転軸（例えば、軸Ｊ１５５）となるシャフト１５５およびモータ１５６が取り付けられている。
　発光層１２０は、ホイール基板１５１側から順に、接着層１５７、誘電体多層膜１５８、蛍光体層１２１、反射防止膜１２３および無機接合層１２４が積層されており、例えば、蛍光体層１２１とカバーガラス１５２とが本技術を用いて接合されている。カバーガラス１５２上には、例えば反射防止膜１５９が設けられている。
　この反射型の蛍光体ホイール１００Ｂでは、セラミックス蛍光体からなる蛍光体層１２１上の光取り出し面にサファイアガラスからなるカバーガラス１５２を接合することで、励起光の照射によって蛍光体層１２１で発生した熱が、ホイール基板１５１に加えて、カバーガラス１５２を介して排熱される。即ち、蛍光体ホイール１００Ｂでは、ホイール基板１５１側の裏面に加えて、励起光入射側にも排熱経路を形成することが可能となり、蛍光体層１２１の温度上昇を低減することが可能となる。よって、蛍光変換効率を向上させることが可能となる。また、本実施例における蛍光体ホイール１００Ｂでは、蛍光体層１２１の励起光の入射面をカバーガラス１５２によって面一括で押えることができるため、蛍光体層１２１の温度上昇によって発生する部分的な熱変形による割れを防ぐことが可能となる。
　なお、本実施例では、回転型の波長変換素子を例に示したが、本技術は、非回転型の波長変換素子にも適用することができる。
（実施例２）
　図１５Ａは、発光デバイス２００（発光デバイス２００Ａ）の断面構成の一例を表したものであり、図１５Ｂは、図１５Ａに示した発光デバイス２００Ａの平面構成を模式的に表したものである。なお、図１５Ａは、図１５Ｂに示したＩＩ－ＩＩ線における断面を表している。発光デバイス２００Ａは、例えば、プロジェクタの光源や、自動車のヘッドライト光源等の照明装置として用いられるものである。
　発光デバイス２００Ａは、例えば非回転型の透過型波長変換素子であり、例えば、蛍光体層２１１の前面側にレンズ２３０が、背面側にＬＥＤ２２１が配置されている。発光デバイス２００Ａでは、蛍光体層２１１の背面から照射された励起光が蛍光体層２１１において蛍光に変換され、レンズ２３０から取り出される。発光デバイス２００Ａは、具体的には、例えば、デバイスケース２４０内に、ＬＥＤ２２１、ＬＥＤ２２１の周囲に中空構造２２０Ｘを形成する取り込みレンズ２２０、バッファ層２１３Ｃ、誘電体膜２１３Ｂ、反射防止膜２１３Ａ、蛍光体層２１１、誘電体膜２１２Ａ、バッファ層２１２Ｂ、誘電体膜２１２Ｃおよびレンズ２３０がこの順に積層されている。デバイスケース２４０は、例えば、基板２５０上に配置されている。発光デバイス２００Ａでは、例えば、蛍光体層２１１と取り込みレンズ２２０と、および蛍光体層２１１とレンズ２３０とが本技術を用いて接合されている。
　なお、図１５Ａでは、ＬＥＤ２２１上に、ＬＥＤ２２１の周囲に中空構造２２０Ｘを形成する取り込みレンズ２２０を配置した例を示したが、これに限らず、例えば、取り込みレンズ２２０を省略し、ＬＥＤ２２１上に間隙を形成するようにしてもよい。
　図１６Ａは、発光デバイス２００（発光デバイス２００Ｂ）の断面構成の一例を表したものであり、図１６Ｂは、図１６Ａに示した発光デバイス２００Ｂの平面構成を模式的に表したものである。なお、図１６Ａは、図１６Ｂに示したＩＩＩ－ＩＩＩ線における断面を表している。発光デバイス２００Ｂは、例えば、プロジェクタの光源や、自動車のヘッドライト光源等の照明装置として用いられるものである。
　発光デバイス２００Ｂは、例えば非回転型の反射型波長変換素子であり、例えば、蛍光体層２１１の前面側にレンズ２３０が、発光デバイス２００Ｂの外部にＬＥＤ等の発光素子が配置されている。発光デバイス２００Ｂでは、レンズ２３０側から励起光が入射し、蛍光体層２１１において変換された蛍光および未変換の励起光がレンズ２３０から取り出される。発光デバイス２００Ｂは、具体的には、例えば、デバイスケース２４０内に、例えば金属膜からなる反射ミラー２１４、蛍光体層２１１、誘電体膜２１２Ａ、バッファ層２１２Ｂ、誘電体膜２１２Ｃおよびレンズ２３０がこの順に積層されている。発光デバイス２００Ｂでは、例えば、蛍光体層２１１とレンズ２３０とが本技術を用いて接合されている。
　一般に、ＹＡＧセラミックス蛍光体は高い屈折率を有するため、セラミックス蛍光体内で発生した蛍光は、内部反射によって蛍光体内部に閉じ込められ、外部に取り出せない光が存在する。
　球形に近いミクロンサイズの蛍光体粒子では、表面反射の影響を軽減して光を内部まで効率的に取り込めると共に、光の取り出しも容易になる。また、反射した光を別の蛍光体粒子で利用することができる。このため、一般的な白色ＬＥＤでは、蛍光体粒子を球形に近い形状とし、例えばシリコン製の封止樹脂と蛍光体粒子とを混合して形成した蛍光体層２１１をパッケージに充填している。このパッケージ化された蛍光体層２１１は平滑な表面を有しており、そのため、反射の影響が大きく、上記ＹＡＧセラミックス蛍光体と同様に、蛍光の閉じ込めが大きく、光取り出し効率が低かった。
　これに対して、発光デバイス２００Ａでおよび発光デバイス２００Ｂは、蛍光体層２１１上に誘電体膜２１２Ａ、バッファ層２１２Ｂ、誘電体膜２１２Ｃを介してレンズ２３０を接合することで、全反射のない、光取り出し効率が向上した発光デバイス２００Ａおよび発光デバイス２００Ｂを提供することが可能となる。
（実施例３）
　レーザ増幅器（continuous wave：ＣＷ）は、一般的にポンプ光が増大することによって波長変換素子（レーザ媒質）の温度が上昇し、変換効率が低減することが知られている。これを解決するため冷却排熱目的で熱伝導性のよい材料を接合することで放熱特性を向上させることができ、レーザ媒質の温度低減によって変換効率を維持することができる。例えば、熱伝導性のよい材料には、レーザ媒質ＹＡＧ（ｎｄ：１．８１）とＣＶＤダイヤモンド（ｎｄ：２．３９）、ＹＡＧ（ｎｄ：１．８１）と６Ｈ－ＳｉＣ（ｎｄ：２．６）、ＹＡＧ（ｎｄ：１．８１）とサファイア（ｎｄ：１．７４）、ＹＡＧ（ｎｄ：１．８１）とＹＡＧ（ｎｄ：１．８１）等の組み合わせた接合が考えられる。このとき、光線透過面で異種の材料で接合する場合、接合界面でのフレネル反射損失が存在する。この接合界面でのフレネル反射損失を低減するために誘電体多層膜を内包し、屈折率をマッチングさせる形での接合が低損失で有効となる。
　図１７は、例えば屈折率１．８１を有するＹＡＧ層３１１と、ＹＡＧ層３２１とが接合された排熱構造を有するレーザ増幅器（レーザ増幅器３００）の断面構成の一例を表したものである。その接合面には、それぞれＳｉＯ2層３３２，３３３と、ＳｉＯ2層３３１とＹＡＧ層３１１、ＳｉＯ2層３３１とＹＡＧ層３２１との界面における反射を防止する界面反射防止膜３１２，３２２がそれぞれ設けられており、ＹＡＧ層３１１およびＹＡＧ層３２１が、上記変形例における多孔質基体１１，４１の一具体例に相当し、ＳｉＯ2層３３２，３３３が下地層に相当し、これらがバッファ層３３１となる。更に、界面反射防止膜３１２，３２２が機能層の一具体例に相当する。なお、接合金属には、例えばチタン（Ｔｉ）が用いられており、例えば、バッファ層を構成するＳｉＯ2層３３１のＳｉＯ2層３３２とＳｉＯ2３３３との界面近傍に分布している。
（実施例４）
　パルスレーザモジュールでは、増幅器の機能を有する、例えばＮｄドープＹＡＧと、受動Ｑスイッチ器の機能を有するＣｒドープＹＡＧとが接合されている。この場合、ポンプ光波長は反射し、誘導放出光のみを透過する誘電体多層膜を内包し、接合することによって波長変換層（増幅器）とパルス光を生成する受動Ｑスイッチ器を一体化させたシンプルなパルスレーザ素子構造が実現できる。
　図１８は、レーザ増幅器４１１と、Ｑスイッチ４２１とが接合されたパルスレーザ素子（パルスレーザ素子４００）の断面構成の一例を表したものである。レーザ増幅器４１１と、Ｑスイッチ４２１との接合面には、それぞれＳｉＯ2層４３２，４３３が設けられており、ＳｉＯ2層４３１とレーザ増幅器４１１との間には、ポンプ光を反射し、誘導放出光を透過するエッジフィルタ４１２が、ＳｉＯ2層３３１とＱスイッチ４２１との間には界面反射防止膜４２２がそれぞれ設けられている。このパルスレーザ素子４００では、レーザ増幅器４１１およびＱスイッチ４２１が、上記変形例における多孔質基体１１，４１の一具体例に相当し、ＳｉＯ2層４３２，４３３が下地層に相当し、これらがバッファ層４３１となる。更に、エッジフィルタ４１２および界面反射防止膜４２２が機能層の一具体例に相当する。なお、接合金属には、例えばチタン（Ｔｉ）が用いられており、例えば、バッファ層を構成するＳｉＯ2層３３１のＳｉＯ2層４３２とＳｉＯ2４３３との界面近傍に分布している。
　以上、第１，第２の実施の形態および変形例１，２ならびに実施例を挙げて本開示を説明したが、本開示は上記実施形態等で説明した態様に限定されず、種々の変形が可能である。例えば、実施の形態等において説明した全ての構成要素を備える必要はなく、さらに他の構成要素を含んでいてもよい。また、上述した構成要素の材料や厚みは一例であり、記載したものに限定されるものではない。
　また、例えば上記第１の実施の形態等では、多孔質基体１１として多孔質基材を挙げて説明したが、本技術は多孔質基材に限らず、加工性の低い金属、難加工硝材等の接合においても適用することができる。
　なお、本明細書中に記載された効果はあくまで例示であって限定されるものではなく、また、他の効果があってもよい。
　なお、本開示は以下のような構成を取ることも可能である。以下の構成によれば、一の面を有すると共に、構成材料の結晶構造と組成とから決定される密度よりも低い密度を有する第１基体と、この一の面と対向配置される第２基体との間に、研磨加工性に優れた少なくとも金属元素を含むバッファ層を設けるようにしたので、第１基体の一の面上に、第２基体との接合面として、算術平均粗さ（Ｒａ）の小さな接合面を形成することが可能となる。よって、接合強度の向上した構造体およびこれを備えた電子機器を提供することが可能となる。
（１）
　一の面を有すると共に、構成材料の結晶構造と組成とから決定される密度よりも低い密度を有する第１基体と、
　前記第１基体の前記一の面と対向配置された第２基体と、
　前記第１基体と前記第２基体との間に設けられると共に、少なくとも金属元素を含むバッファ層と
　を備えた構造体。
（２）
　前記第１基体は、前記一の面の少なくとも一部に表面粗さの大きな領域を有する、前記（１）に記載の構造体。
（３）
　前記第１基体は、２ｎｍ以上の算術平均粗さ（Ｒａ）を有する、前記（１）または（２）に記載の構造体。
（４）
　前記第１基体は多孔質基材である、前記（１）乃至（３）のうちのいずれかに記載の構造体。
（５）
　前記第１基体はセラミックスである、前記（１）乃至（４）のうちのいずれかに記載の構造体。
（６）
　前記第２基体は金属基材である、前記（１）乃至（３）のうちのいずれかに記載の構造体。
（７）
　前記第１基体は難硝材である、前記（１）乃至（３）のうちのいずれかに記載の構造体。
（８）
　前記バッファ層は、膜厚方向に金属元素が局所的に分布している、前記（１）乃至（７）のうちのいずれかに記載の構造体。
（９）
　前記バッファ層は光透過性を有する、前記（１）乃至（８）のうちのいずれかに記載の構造体。
（１０）
　前記第１基体と前記バッファ層との間および前記第２基体と前記バッファ層との間の少なくとも一方に機能層を有する、前記（１）乃至（９）のうちのいずれかに記載の構造体。
（１１）
　前記第１基体と前記第２基体とは、原子拡散接合を用いて接合されている、前記（１）乃至（１０）のうちのいずれかに記載の構造体。
（１２）
　一の面を有すると共に、構成材料の結晶構造と組成とから決定される密度よりも低い密度を有する第１基体と、第２基体とを接合し、前記第１基体と前記第２基体との間に、少なくとも金属元素を含むバッファ層と形成する
　構造体の製造方法。
（１３）
　前記第１基体上に、少なくとも金属元素を含む第１のバッファ層を形成し、前記第１のバッファ層の表面を研磨したのち、前記第１のバッファ層上に微結晶構造を有する第１の金属膜を形成し、
　前記第１の金属膜と前記第２基体とを接合する、前記（１２）に記載の構造体の製造方法。
（１４）
　前記第１の金属膜と前記第２基体とを接合したのち、加熱処理して前記バッファ層を形成する、前記（１３）に記載の製造方法。
（１５）
　前記第１基体上に、少なくとも金属元素を含む第１のバッファ層を形成し、前記第１のバッファ層の表面を研磨したのち、前記第１のバッファ層上に微結晶構造を有する第１の金属膜を形成し、
　前記第２基体上に、少なくとも金属元素を含む第２のバッファ層および微結晶構造を有する第２の金属膜を形成し、
　前記第１の金属膜と前記第２の金属膜とを接合する、前記（１２）乃至（１４）のうちのいずれかに記載の構造体の製造方法。
（１６）
　前記第１の金属膜と前記第２の金属膜とを接合したのち、加熱処理して前記バッファ層を形成する、前記（１５）に記載の製造方法。
（１７）
　前記第１のバッファ層を真空蒸着法またはスパッタリング法を用いて成膜する、前記（１３）乃至（１６）のうちのいずれかに記載の構造体の製造方法。
（１８）
　前記第１のバッファ層の表面を光学研磨または化学機械研磨を用いて処理する、前記（１３）乃至（１７）のうちのいずれかに記載の構造体の製造方法。
（１９）
　一の面を有すると共に、構成材料の結晶構造と組成とから決定される密度よりも低い密度を有する第１基体と、
　前記第１基体の前記一の面と対向配置された第２基体と、
　前記第１基体と前記第２基体との間に設けられると共に、少なくとも金属元素を含むバッファ層と
　を有する構造体を備えた電子機器。
　本出願は、日本国特許庁において２０１９年１月７日に出願された日本特許出願番号２０１９－０００６６２号を基礎として優先権を主張するものであり、この出願の全ての内容を参照によって本出願に援用する。
　当業者であれば、設計上の要件や他の要因に応じて、種々の修正、コンビネーション、サブコンビネーション、および変更を想到し得るが、それらは添付の請求の範囲やその均等物の範囲に含まれるものであることが理解される。

Claims (19)

  1. 　一の面を有すると共に、構成材料の結晶構造と組成とから決定される密度よりも低い密度を有する第１基体と、
    　前記第１基体の前記一の面と対向配置された第２基体と、
    　前記第１基体と前記第２基体との間に設けられると共に、少なくとも金属元素を含むバッファ層と
    　を備えた構造体。
  2. 　前記第１基体は、前記一の面の少なくとも一部に表面粗さの大きな領域を有する、請求項１に記載の構造体。
  3. 　前記第１基体は、２ｎｍ以上の算術平均粗さ（Ｒａ）を有する、請求項１に記載の構造体。
  4. 　前記第１基体は多孔質基材である、請求項１に記載の構造体。
  5. 　前記第１基体はセラミックスである、請求項１に記載の構造体。
  6. 　前記第２基体は金属基材である、請求項１に記載の構造体。
  7. 　前記第１基体は難硝材である、請求項１に記載の構造体。
  8. 　前記バッファ層は、膜厚方向に金属元素が局所的に分布している、請求項１に記載の構造体。
  9. 　前記バッファ層は光透過性を有する、請求項１に記載の構造体。
  10. 　前記第１基体と前記バッファ層との間および前記第２基体と前記バッファ層との間の少なくとも一方に機能層を有する、請求項１に記載の構造体。
  11. 　前記第１基体と前記第２基体とは、原子拡散接合を用いて接合されている、請求項１に記載の構造体。
  12. 　一の面を有すると共に、構成材料の結晶構造と組成とから決定される密度よりも低い密度を有する第１基体と、第２基体とを接合し、前記第１基体と前記第２基体との間に、少なくとも金属元素を含むバッファ層と形成する
    　構造体の製造方法。
  13. 　前記第１基体上に、少なくとも金属元素を含む第１のバッファ層を形成し、前記第１のバッファ層の表面を研磨したのち、前記第１のバッファ層上に微結晶構造を有する第１の金属膜を形成し、
    　前記第１の金属膜と前記第２基体とを接合する、請求項１２に記載の構造体の製造方法。
  14. 　前記第１の金属膜と前記第２基体とを接合したのち、加熱処理して前記バッファ層を形成する、請求項１３に記載の製造方法。
  15. 　前記第１基体上に、少なくとも金属元素を含む第１のバッファ層を形成し、前記第１のバッファ層の表面を研磨したのち、前記第１のバッファ層上に微結晶構造を有する第１の金属膜を形成し、
    　前記第２基体上に、少なくとも金属元素を含む第２のバッファ層および微結晶構造を有する第２の金属膜を形成し、
    　前記第１の金属膜と前記第２の金属膜とを接合する、請求項１２に記載の構造体の製造方法。
  16. 　前記第１の金属膜と前記第２の金属膜とを接合したのち、加熱処理して前記バッファ層を形成する、請求項１５に記載の製造方法。
  17. 　前記第１のバッファ層を真空蒸着法またはスパッタリング法を用いて成膜する、請求項１３に記載の構造体の製造方法。
  18. 　前記第１のバッファ層の表面を光学研磨または化学機械研磨を用いて処理する、請求項１３に記載の構造体の製造方法。
  19. 　一の面を有すると共に、構成材料の結晶構造と組成とから決定される密度よりも低い密度を有する第１基体と、
    　前記第１基体の前記一の面と対向配置された第２基体と、
    　前記第１基体と前記第２基体との間に設けられると共に、少なくとも金属元素を含むバッファ層と
    　を有する構造体を備えた電子機器。
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