WO2020196489A1 - 集積光学装置 - Google Patents

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WO2020196489A1
WO2020196489A1 PCT/JP2020/012929 JP2020012929W WO2020196489A1 WO 2020196489 A1 WO2020196489 A1 WO 2020196489A1 JP 2020012929 W JP2020012929 W JP 2020012929W WO 2020196489 A1 WO2020196489 A1 WO 2020196489A1
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WO
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metal layer
base
substrate
semiconductor element
optical
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PCT/JP2020/012929
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English (en)
French (fr)
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亮平 福▲崎▼
福田　誠
新海　正博
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TDK Corp
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TDK Corp
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/022—Mountings; Housings
    • H01S5/0239—Combinations of electrical or optical elements
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements

Definitions

  • the present invention relates to an integrated optical device.
  • the present application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2019-062532 and Japanese Patent Application No. 2019-062533 filed in Japan on March 28, 2019, the contents of which are incorporated herein by reference.
  • optical communication systems and various optical devices around us using optical communication systems are becoming more multifunctional.
  • high density is required along with multi-functionality, and multi-functional and compact optical devices are being studied.
  • Silicon photonics that integrates light emitting elements and light receiving elements in the silicon waveguide used in optical communication systems is progressing.
  • One of the typical silicon waveguides used in an optical communication system is a plane lightwave circuit (Planar Lightwave Circuit: PLC) that performs optical signal processing such as merging, demultiplexing, and wavelength selection.
  • PLC Planar Lightwave Circuit
  • optical communication systems for example, wearable devices, small projectors, etc.
  • multifunctional and compact optical devices in order to express a plurality of functions according to the purpose of use and to make the entire device portable. ..
  • Patent Document 1 describes an optical module (integrated optical device) in which a laser diode (LaserDiode: 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 housing.
  • LaserDiode LaserDiode
  • LD laser diode
  • a wavelength filter for total reflection a filter for wavelength separation
  • a fiber collimator a photodiode
  • the light having wavelengths of 1.49 ⁇ m and 1.55 ⁇ m input from the fiber collimator passes through the wavelength separation filter and then is separated from each other by the wavelength separation filter.
  • the separated light having a wavelength of 1.55 ⁇ m is totally reflected by the wavelength filter for total reflection and incident on the photodiode by the coupling lens.
  • the separated light having a wavelength of 1.49 ⁇ m is incident on the photodiode by the coupling lens.
  • the optical element mounting substrate and the optical duplexer are fixed in the package.
  • the optical element mounting substrate is a mounting substrate on which first and second light emitting elements that emit light having different wavelengths are mounted.
  • the optical duplexer has a first wavelength selection filter and mirrors provided at predetermined intervals with respect to the first wavelength selection filter and facing parallel to the first wavelength selection.
  • the first emitted light is emitted from the first light emitting element, is incident on the optical duplexer, and is reflected by the mirror.
  • the second emitted light is emitted from the second light emitting element, is incident on the optical combiner / demultiplexer, and is combined with the first emitted light.
  • a plurality of lights having predetermined wavelengths different from each other can be incidented according to the arrangement of the wavelength selection filter and the mirror, and can be combined by a wavelength duplexer.
  • Patent Documents 3 and 4 disclose an optical device (integrated optical device) having a waveguide structure. ing.
  • fiber strands having N thin claddings are fixed to a chip template, and the exit ends of the plurality of fiber strands are bundled with each other.
  • Optional Patent Document 4 discloses a hybrid integrated optical module in which a semiconductor chip having a semiconductor waveguide and a PLC chip are integrated. The semiconductor chip is mounted on the first substrate.
  • 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 with an ultraviolet curable adhesive.
  • Patent Documents 1 and 2 have a large number of parts and requires a space for installing individual parts, and is composed of a free space optical system using a mirror and a lens. Therefore, it is difficult to reduce the size of the devices disclosed in Patent Documents 1 and 2.
  • Patent Documents 3 and 4 in an optical device using a waveguide, parts are bonded to each other with an ultraviolet curable resin or the like. Therefore, if the ultraviolet curable adhesive expands or contracts due to temperature changes in the wire bonding process of the light source during manufacturing of the device, the alignment accuracy between the parts bonded to each other decreases, and the manufactured device is reliable. There was a risk that the sex would deteriorate.
  • the optical semiconductor element such as LD
  • the optical semiconductor element and the power supply are made conductive on the substrate by using a method such as wire bonding. If the strength with which the optical waveguide is fixed to the optical semiconductor element is not sufficient, the optical semiconductor element may fall from the optical waveguide or the substrate when wire bonding is performed.
  • the present invention provides a highly reliable integrated optical device.
  • the integrated optical device includes a base, an optical semiconductor element provided on the surface of the base, a substrate, and an optical waveguide provided on the surface of the substrate.
  • the incident surface of the optical waveguide is arranged so as to face the exit surface of the optical semiconductor element, and the light emitted from the optical semiconductor element can be incident on the optical waveguide, and is attached to the substrate on the base.
  • the first side surface facing each other and the second side surface facing the base in the substrate are connected via a metal layer.
  • the integrated optical device includes a base, an optical semiconductor element provided on the surface of the base, a substrate, and an optical waveguide provided on the surface of the substrate.
  • the incident surface of the optical waveguide is arranged so as to face the exit surface of the optical semiconductor element, and the light emitted from the optical semiconductor element can be incident on the optical waveguide, and is attached to the substrate on the base.
  • the first side surface facing the substrate and the second side surface facing the base in the substrate are connected via a metal composite layer including at least an alloy layer.
  • the integrated optical device includes a base, an optical semiconductor element provided on the surface of the base, a substrate, and an optical waveguide provided on the surface of the substrate.
  • the incident surface of the optical waveguide is arranged so as to face the exit surface of the optical semiconductor element, and the light emitted from the optical semiconductor element can be incident on the optical waveguide, and the optical waveguide can be incident on the base.
  • the third metal layer may be thicker than the first metal layer and the second metal layer.
  • the area of the first metal layer may be smaller than the area of the second metal layer when viewed along the traveling direction of the light.
  • the integrated optical device includes a base, an optical semiconductor element provided on the surface of the base, a substrate, and an optical waveguide provided on the surface of the substrate.
  • the incident surface of the optical waveguide is arranged so as to face the exit surface of the optical semiconductor element, and the light emitted from the optical semiconductor element can enter the optical waveguide, and the base is a metal layer.
  • the optical semiconductor device is connected to the base via another metal layer, and the melting point of the other metal layer is higher than the melting point of the metal layer.
  • the integrated optical device includes a base, an optical semiconductor element provided on the surface of the base, a substrate, and an optical waveguide provided on the surface of the substrate.
  • the incident surface of the optical waveguide is arranged so as to face the exit surface of the optical semiconductor element, and the light emitted from the optical semiconductor element can be incident on the optical waveguide, and the base is at least an alloy.
  • the optical semiconductor device is connected to the substrate via a metal composite layer including a layer, and the optical semiconductor device is connected to the base via another metal composite layer including at least an alloy layer, and the melting point of the other metal composite layer is set. , Higher than the melting point of the metal composite layer.
  • the integrated optical device includes a base, an optical semiconductor element provided on the surface of the base, a substrate, and an optical waveguide provided on the surface of the substrate.
  • the incident surface of the optical waveguide is arranged so as to face the exit surface of the optical semiconductor device, and the light emitted from the optical semiconductor element can be incident on the optical waveguide.
  • the base is connected to the base via a fourth metal layer in contact with the base and a fifth metal layer in contact with the optical semiconductor element, and the base is a first metal layer in contact with the base and a first metal layer in contact with the substrate. It is connected to the substrate via a two-metal layer and a third metal layer provided between the first metal layer and the second metal layer, and the melting point of the fourth metal layer is the third metal. Higher than the melting point of the layer.
  • the third metal layer may be thicker than the first metal layer and the second metal layer.
  • the area of the first metal layer may be smaller than the area of the second metal layer when viewed along the traveling direction of the light.
  • the exit surface of the optical semiconductor element and the incident surface of the optical waveguide may be arranged at predetermined intervals.
  • an antireflection film may be provided between the optical semiconductor element and the optical waveguide.
  • the integrated optical device may include a plurality of the optical semiconductor elements.
  • the plurality of optical semiconductor elements may emit light having different wavelengths from each other, and the optical waveguide may be provided with a core capable of interposing each of the light emitted by the plurality of optical semiconductor elements.
  • the plurality of cores may be gathered together on the front side reaching the exit surface of the optical waveguide.
  • FIG. 1 is a perspective view of an integrated optical device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the incident surface of the PLC of the integrated optical device shown in FIG.
  • FIG. 3 is a plan view of a part of the integrated optical device shown in FIG.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view taken along the line AA'in the integrated optical device shown in FIG.
  • FIG. 5A is a cross-sectional view for explaining an example of a method for manufacturing the integrated optical device shown in FIG.
  • FIG. 5B is a cross-sectional view for explaining an example of a method for manufacturing the integrated optical device shown in FIG.
  • FIG. 6 is a plan view for explaining a method of manufacturing the integrated optical device shown in FIG. FIG.
  • FIG. 7 is a graph showing the relationship between the distance between the LD exit surface of the integrated optical device shown in FIG. 1 and the incident surface of the PLC and the light utilization efficiency.
  • FIG. 8 is a plan view showing a state in which the LD of the integrated optical device shown in FIG. 1 is wire-bonded.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view showing a modified example of the integrated optical device of FIG.
  • FIG. 10 is a plan view of the integrated light source device in which the integrated optical device shown in FIG. 1 is packaged.
  • FIG. 11 is a side view of the integrated light source device shown in FIG.
  • FIG. 12 is a plan view of the integrated light source device shown in FIG. 10 with the cover removed.
  • FIG. 13 is a side view of the integrated light source device shown in FIG. 10 as viewed from the exit side.
  • FIG. 14 is a perspective view showing a form of the integrated light source device shown in FIG. 10 when used.
  • the integrated optical device 10 of the present embodiment includes a subcarrier (base) 20, an LD (optical semiconductor element) 30 provided on the upper surface (surface) 21 of the subcarrier 20, and a substrate 40. And a PLC (optical waveguide) 50 provided on the upper surface (surface) 41 of the substrate 40.
  • the integrated optical device 10 is 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.
  • light having a peak wavelength of, for example, 610 nm or more and 750 nm or less can be used as red light.
  • green light light having a peak wavelength of, for example, 500 nm or more and 560 nm or less can be used.
  • blue light light having a peak wavelength of, for example, 435 nm or more and 480 nm or less can be used.
  • 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 at intervals from each other in a direction substantially orthogonal to the emission direction of the light emitted from each LD.
  • LD30-1, 30-2, 30-3 are provided on the upper surface 21 of the individual subcarriers 20.
  • the LD30-1 is provided on the upper surface 21-1 of the subcarrier 20-1.
  • the LD30-2 is provided on the upper surface 21-2 of the subcarrier 20-2.
  • the LD30-3 is provided on the upper surface 21-3 of the subcarrier 20-3.
  • 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 LD30 is mounted on the subcarrier 20 with a bare chip.
  • the subcarrier 20 is made of, for example, aluminum nitride (AlN), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), silicon (Si), or the like.
  • a fourth metal layer (other metal layer) 75 and a fifth metal layer (other metal layer) 76 are provided between the subcarrier 20 and the LD30.
  • the LD 30 is connected to the sub carrier 20 via a fourth metal layer 75 in contact with the sub carrier 20 and a fifth metal layer 76 in contact with the LD 30.
  • the subcarrier 20-1 and the LD30-1 are connected to each other in the z direction via the fourth metal layer 75-1 and the fifth metal layer 76-1.
  • the method of forming the fourth metal layer 75 and the fifth metal layer 76 is not specified.
  • a known method can be applied, and for example, a known method such as sputtering, vapor deposition, or coating of a pasted metal can be applied.
  • the fourth 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).
  • )-Silver (Ag) -Copper (Cu) -based solder alloy (SAC) is composed of any alloy selected from the group.
  • the fifth metal layer 76 is 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). It is configured.
  • the fourth metal layer 75 can be made of an alloy, and the fifth metal layer 76 can be made of a single metal.
  • the fourth metal layer 75 and the fifth metal layer 76 are provided between the subcarrier 20 and the LD30, but even if one or more metal layers are provided between the subcarrier 20 and the LD30. Good.
  • a fourth metal layer 75 and a fifth metal layer 76 are provided between the subcarrier 20 and the LD30 for the purpose of improving the reliability of the integrated optical device 10, and further between the subcarrier 20 and the fourth metal layer 75. May be provided with a metal layer.
  • the metal layer provided between the subcarrier 20 and the fourth metal layer 75 is composed of one or more metals selected from the group consisting of, for example, titanium (Ti), tantalum (Ta) and tungsten (W).
  • the substrate 40 is made of silicon (Si).
  • the PLC 50 is formed on the upper surface 41 of the substrate 40 by a known semiconductor process including photolithography and dry etching used when forming a fine structure such as an integrated circuit. It is made to be one.
  • the PLC50 includes a plurality of cores 51-1, 51-2, 51-3, which are the same number as LD30-1, 30-2, 30-3, and a clad 52 surrounding the cores 51-1, 51-2, 51-3. Is provided.
  • the thickness of the clad 52 and the widthwise dimensions of the cores 51-1, 51-2, and 53-1 are not particularly limited. For example, cores 51-1, 51-2, 51-3 having dimensions in the width direction of about several microns are formed in the clad 52 having a thickness of about 50 ⁇ m.
  • the cores 51-1, 51-2, 53-1 and the clad 52 are made of, for example, quartz.
  • the refractive index of the cores 51-1, 51-2, 51-3 is higher than the refractive index of the clad 52 by a predetermined value.
  • Light incident on each of the cores 51-1, 51-2, and 53-1 propagates through each core while being totally reflected at the interface between each of the cores 51-1, 51-2, and 53-1 and the clad 52.
  • the cores 51-1, 51-2, and 51-3 are doped with impurities such as germanium (Ge) in an amount corresponding to the above-mentioned predetermined value.
  • the emission direction of the light emitted from the LD30 (that is, the direction along the optical axis) is defined as the y direction.
  • the direction in which the LD30-1, 30-2, and 30-3 are arranged at intervals from each other in the plane including the y direction is defined as the x direction.
  • the direction orthogonal to the x-direction and the y-direction and from the subcarrier 20 to the LD30 is defined as the z-direction.
  • the cores 51-1, 51-2, 51-3 are arranged along the optical axis of the light emitted from the LD30-1, 30-2, 30-3 in the x and z directions. ing.
  • the cores 51-1, 51-2, and 53-1 are gathered together on the front side of reaching the exit surface 64 of the PLC 50.
  • the cores 51-1, 51-2, and 51-3 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 have a radius of curvature equal to or greater than a predetermined radius of curvature, respectively, so that light leakage from the cores 51-1, 51-2, and 53-1 does not occur. It is preferable to be connected to.
  • the incident surface 61 of the PLC 50 is arranged so as to face the exit surface 31 of the LD 30. More specifically, the exit surface 31-1 of the LD30-1 faces the entrance surface 61-1 of the core 51-1. In the x-direction and the z-direction, the optical axis of the red light emitted from the LD30-1 and the center of the incident surface 61-1 substantially overlap. Similarly, the exit surface 31-2 of the LD30-2 faces the entrance surface 61-2 of the core 51-2. In the x-direction and the z-direction, the optical axis of the green light emitted from the LD30-2 and the center of the incident surface 61-2 substantially overlap.
  • the exit surface 31-3 of the LD30-3 faces the entrance surface 61-3 of the core 51-3.
  • the optical axis of the blue light emitted from the LD30-3 and the center of the incident surface 61-3 substantially overlap.
  • the red light, green light, and blue light emitted from the LD30-1, 30-2, and 30-3 are incident on the cores 51-1, 51-2, and 51-3, respectively, and then each of them. Propagate the core.
  • the red and green lights propagating through the cores 51-1 and 51-2 and the cores 51-1 and 51-2 meet at the confluence position 57-1 (see FIG. 3).
  • the red light, green light, and blue light propagating through the cores 51-7 (see FIG. 3) and the cores 51-3, and the cores 51-3 and 51-7, in which the cores 51-1 and 51-2 are merged, merge.
  • the merging position 57-2 is ahead of the merging position 57-1 in the y direction.
  • the red light, green light, and blue light collected at the confluence position 57-2 propagate through the core 51-4 and reach the exit surface 64.
  • the three-color light emitted from the exit surface 64 is used, for example, as signal light or the like depending on the purpose of use of the integrated optical device 10.
  • the subcarrier 20 is connected to the substrate 40 via the first metal layer (metal layer) 71, the second metal layer (metal layer) 72, and the third metal layer (metal layer) 73.
  • the side surface 22 (22-1, 22-1, 22-3) of the subcarrier 20 facing the substrate 40 and the side surface 42 of the substrate 40 facing the subcarrier 20 are the first metal layer 71.
  • the second metal layer 72, the third metal layer 73, and the antireflection film 81 are connected to each other.
  • the melting point of the fourth metal layer 75 is higher than the melting point of the third metal layer 73.
  • the exit surface 31 of the LD 30 is arranged at substantially the same position as the side surface 22 of the subcarrier 20 in the y direction, that is, in the direction along the optical axes of red light, green light, and blue light emitted from the LD 30. ..
  • the exit surface 31 of the LD 30 substantially overlaps the side surface 22 of the subcarrier 20 in the y direction, and forms a surface substantially identical to the side surface 22 of the subcarrier 20.
  • the exit surface 31 of the LD 30 is substantially at the same position as the side surface 22 of the subcarrier 20 in the y direction
  • the difference between the exit surface 31 of the LD 30 and the side surface 22 of the subcarrier 20 in the y direction is 0 ⁇ m or more and 10 ⁇ m. It is 0 ⁇ m or more and 5 ⁇ m or less, more preferably 0 ⁇ m or more and 2 ⁇ m or less, and particularly preferably 0 ⁇ m.
  • the light emitted from the LD 30 is the corner portion of the subcarrier 20 on the back side in the y direction and the back side in the z direction. There is a risk that the amount of light incident on the PLC 50 will decrease.
  • the exit surface 31 of the LD 30 is located at substantially the same position as the side surface 22 of the subcarrier 20 in the y direction, the bonding strength between the LD 30 and the subcarrier 20 is increased, and the reliability of the integrated optical device 10 is improved. improves.
  • the first 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. It is composed of one or more metals selected from the group consisting of (Ni), titanium (Ti) and tantalum (Ta).
  • the first 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.
  • the second metal layer 72 is provided in a state of being in contact with the side surface 42 by sputtering, vapor deposition, or the like, and is one or a plurality of metals selected from the group consisting of, for example, titanium (Ti), tantalum (Ta), and tungsten (W). It is composed of.
  • the third metal layer 73 is interposed between the first metal layer 71 and the second metal layer 72, and is selected from the group consisting of, for example, AuSn, SnCu, InBi, SnAgCu, SnPdAg, SnBiIn and PbBiIn. It is composed of an alloy.
  • the third metal layer 73 is preferably composed of any alloy selected from the group consisting of AuSn, SnAgCu and SnBiIn. As described above, the first metal layer 71 and the second metal layer 72 can be made of a single metal, the third metal layer 73 can be made of an alloy, and the subcarrier 20 and the substrate 40 can be made of a single metal. Can be joined with an alloy.
  • an alloy having a melting point in the range of 250 ° C. to 500 ° C. can be used as the fourth metal layer 75.
  • the third metal layer 73 an alloy having a melting point in the range of 200 ° C. to 490 ° C. can be used.
  • the difference between the melting point of the layer between the subcarrier 20 and the LD30 and the melting point of the layer between the subcarrier 20 and the substrate 40 is at least different.
  • the melting point of the fourth metal layer 75 is preferably 20 ° C. or higher, more preferably 30 ° C. or higher, higher than the melting point of the third metal layer 73.
  • the thickness of the first metal layer 71 that is, the size of the first metal layer 71 in the y direction is, for example, 0.01 ⁇ m or more and 5.00 ⁇ m or less.
  • the thickness of the second metal layer 72 that is, the size of the second metal layer 72 in the y direction is, for example, 0.01 ⁇ m or more and 1.00 ⁇ m or less.
  • the thickness of the third metal layer 73 that is, the size of the third metal layer 73 in the y direction is, for example, 0.01 ⁇ m or more and 5.00 ⁇ m or less. Further, the thickness of the third metal layer 73, that is, the size along the y direction is preferably larger than the thicknesses of the first metal layer 71 and the second metal layer 72.
  • the roles of the first metal layer 71, the second metal layer 72, and the third metal layer 73 are well expressed, the material of the first metal layer 71 enters the substrate 40, and the metal layers are connected to each other. The decrease in adhesive strength is suppressed.
  • the first metal layer 71 is provided on the side surface facing the substrate 40 or the PLC 50 in substantially the entire area of the side surface 22 within a range not in contact with the fourth metal layer 75.
  • the front end that is, the upper end of the second metal layer 72 and the third metal layer 73 in the z direction reaches the same position as the first metal layer 71 on the front side in the z direction.
  • the rear end that is, the lower end of the second metal layer 72 and the third metal layer 73 in the z direction reaches a position behind the first metal layer 71 and in front of the antireflection film 81.
  • the first metal layer 71 is formed larger than the subcarrier 20 in the x direction.
  • the area of the first metal layer 71 that is, the in-plane size including the x-direction and the z-direction is substantially the same as the area of the second metal layer 72 and the third metal layer 73. Alternatively, it is preferably smaller than the areas of the second metal layer 72 and the third metal layer 73. In the above configuration, the connection strength of the subcarrier 20 to the substrate 40 is secured to the maximum.
  • an antireflection film 81 is provided between the LD 30 and the PLC 50.
  • the antireflection film 81 is integrally formed with the side surface 42 of the substrate 40 and the incident surface 61 of the PLC 50.
  • the antireflection film 81 may be formed only on the incident surface 61 of the PLC 50.
  • FIG. 1 shows a schematic configuration of the integrated optical device 10, and the first metal layer 71, the second metal layer 72, the third metal layer 73, and the antireflection films 81 and 82 are omitted.
  • 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 of entering 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 formed by alternately laminating a plurality of types of dielectrics with a predetermined thickness according to the wavelengths of incident light such as red light, green light, and blue light. is there.
  • the aforementioned dielectrics are, for example, titanium oxide (TiO 2 ), silicon oxide (SiO 2 ), aluminum oxide (Al 2 O 3 ) and the like.
  • the exit surface 31 of the LD30 and the incident surface 61 of the PLC50 are arranged at a predetermined interval (see FIG. 6).
  • the incident surface 61 faces the exit surface 31.
  • In the y direction there is a gap 70 between the exit surface 31 and the entrance surface 61.
  • the gap 70 is filled with air.
  • the size of the gap 70 in the y direction is, for example, larger than 0 ⁇ m and 5 ⁇ m or less. is there. The relationship between the size of the gap 70 in the y direction and the light utilization efficiency of red light, green light, and blue light will be described later.
  • 5A and 5B are cross-sectional views for explaining an example of the manufacturing method of the integrated optical device 10 shown in FIG.
  • the bare chip LD30 is mounted on the upper surface 21 of the subcarrier 20 by a known method.
  • the fourth metal layer 75 is formed on the upper surface 21 of the subcarrier 20 by sputtering or vapor deposition, and the fifth metal layer 76 is further sputtered on the lower surface 33 of the LD30 (for example, the lower surface 33-1 of the LD30-1).
  • it is formed by vapor deposition or the like.
  • a metal layer may be formed on the upper surface 21 of the subcarrier 20 by sputtering or vapor deposition, and then a fourth metal layer 75 may be formed on the metal layer by sputtering or vapor deposition.
  • the subcarrier 20 is irradiated with laser light from the laser 90, only the subcarrier 20 is heated to the extent that it does not melt and deform, and the fourth metal is transferred by heat transfer from the subcarrier 20.
  • the layer 75 and the fifth metal layer 76 are softened or melted, and then cooled.
  • the LD 30 is joined to the upper surface of the subcarrier 20 via the fourth metal layer 75 and the fifth metal layer 76.
  • a first metal layer 71 is formed on the side surface 22 of the subcarrier 20 by sputtering, vapor deposition, or the like.
  • PLC50 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. After that, the second metal layer 72 and the third metal layer 73 are formed in this order behind the antireflection film 81 in the y direction by sputtering, vapor deposition, or the like.
  • the LD30 corresponding to each other, the exit surface 31 of the cores 51-1, 51-2, and 53-1 and the incident surface 61 are opposed to each other with a space in the y direction.
  • the optical axis of each color light emitted from the LD 30 and the center of the incident surface 61 of the corresponding core are substantially overlapped.
  • the subcarrier 20 is irradiated with laser light from the laser 90, and the first metal layer 71, the second metal layer 72, and the third metal layer 73 are softened by heat transfer from the subcarrier 20. Alternatively, it is melted and the subcarrier 20 on which the LD30 is mounted is bonded to the substrate 40 on which the PLC50 is formed while adjusting the relative positions of the LD30 and the PLC50.
  • lasers 90 are arranged on both sides of the subcarrier 20 in the X direction.
  • the light emitted from the laser 90 is applied to the subcarrier 20 along the direction indicated by the arrow in FIG. 6 to heat the subcarrier 20, and only the subcarrier 20 is heated to such an extent that it is not melted or deformed.
  • each color light is emitted from the LD30, the emission intensity is detected, and the emission intensity of the three color lights emitted from the core 51-4 is detected.
  • 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.
  • the first metal layer 71 and the second metal layer 71 between the exit surface 31 and the entrance surface 61 of the LD 30 arranged at the optimum positions are performed.
  • the metal layer 72 and the third metal layer 73 become thinner than the respective metal layers not sandwiched between the exit surface 31 and the entrance surface 61 due to the alloying of the third metal layer 73 and slight heat shrinkage. 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.
  • the above-mentioned integrated optical device 10 may be housed in, for example, a package 110 as shown in FIGS. 10 and 11.
  • the packaged integrated light source device 100 includes the above-mentioned integrated optical device 10 and the package 110.
  • the package 110 includes a main body 102 having a cavity structure and a cover 105 that covers the main body 102.
  • 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 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.
  • 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.
  • the electrode portion 108 is arranged on the front side in the y direction of the accommodating portion 107, that is, on the rear side in the y direction.
  • the upper surface of the electrode portion 108 is located below the upper surface of the accommodating portion 107.
  • 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.
  • a base 180 for installing the integrated optical device 10 is provided at a predetermined position on the bottom wall portion 131 of the accommodating portion 107.
  • the integrated optical device 10 is provided on the base 180. That is, the integrated optical device 10 is arranged in the internal space of the accommodating portion 107.
  • the bottom surfaces of the subcarrier 20 and the substrate 40 of the integrated optical device 10 are in contact with the upper surface of the base 180.
  • a plurality of internal electrode pads 202 are provided on the bottom wall 131 located between the base 180 below the subcarrier 20 and the external electrode pads 210 in the y direction at intervals in the x direction.
  • Each of the LD30 and the subcarrier 20 and the internal electrode pad 202 corresponding to each LD30 among the plurality of internal electrode pads 202 are connected by a wire 95 using a method such as wire bonding.
  • a method such as wire bonding.
  • each of the LD30-1 and the subcarrier 20-1 and each of the two internal electrode pads 202-1 are individually connected by a wire 95-1.
  • Each of the LD30-2 and the subcarrier 20-2 and each of the two internal electrode pads 202-2 are individually connected by a wire 95-2.
  • Each of the LD30-3 and the subcarrier 20-3 and each of the two internal electrode pads 202-3 are individually connected by a wire 95-3.
  • 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.
  • 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 light source device 100, the LD 30 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.
  • the LD30-1, 30-2, and 30-3 are red. Light, green light, and blue light are emitted.
  • 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.
  • 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 core 51-4 of the PLC 50 passes and propagates to the outside of the package 110.
  • the three-color light LL emitted from the core 51-4 of the PLC 50 passes through the opening 133 and the glass plate 220 while diffusing around the y direction, and is the back side in the y direction of the package 110, that is, Proceed forward in the y direction.
  • the collimating device 300 provided with the collimating lens 310 can be arranged behind the side wall portion 132-1 of the package 110 in the y direction.
  • the distance between the exit surface 31 and the collimating lens 310 in the y direction is matched with the focal length of the collimating lens 310, and the center of the collimating lens 310 is aligned with the optical axis of the three-color light LL.
  • the colored light LL is collimated to become parallel light.
  • the integrated optical device 10 described above includes a subcarrier 20, an LD30, a substrate 40, and a PLC50.
  • the incident surface 61 is arranged so as to face the exit surface 31, and the light emitted from the LD 30 can enter the cores 51-1, 51-2, and 53-1.
  • the side surface 22 of the subcarrier 20 and the side surface 42 of the substrate 40 are connected from the rear to the front in the y direction via the first metal layer 71, the second metal layer 72, and the third metal layer 73.
  • the first metal layer 71 and the second metal layer 72 are firmly adhered to the side surface 22 and the side surface 42, and the third metal layer 73 is an interface with the first metal layer 71 and the second metal layer 72.
  • the side surface 22 is firmly joined to the first metal layer 71 and the second metal layer 72 in substantially the entire area including the x direction and the z direction.
  • the connection between the subcarrier 20 and the substrate 40 by the first metal layer 71, the second metal layer 72, and the third metal layer 73 by such alloying is resistant to heat, for example, wire bonding or the like as shown in FIG. It is difficult to release even if the ambient temperature rises in the process.
  • 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.
  • the third metal layer 73 is thicker than the first metal layer 71 and the second metal layer 72, the first metal layer 71 and the third metal layer 73, and / or the third metal layer 73 And the second metal layer 72 are sufficiently alloyed, and the subcarrier 20 and the substrate 40 can be joined more firmly. According to the integrated optical device 10, the distance between the alloy layer of the first metal layer 71 and the third metal layer 73 and the substrate 40 can be secured in the y direction.
  • the area of the first metal layer 71 is smaller than the area of the second metal layer 72 when viewed along the y direction (the traveling direction of light), so that the subcarrier 20 and the substrate 40 It is possible to secure at least the area of the first metal layer 71 or more.
  • the bonding area of the subcarrier 20 can be maximized, and the subcarrier 20 and the substrate 40 can be bonded more firmly.
  • the antireflection film 81 is provided between the LD 30 and the PLC 50, it is possible to prevent the reflection of each color light emitted from the LD 30 on the incident surface 61, and the core 51- of each color light can be prevented.
  • the binding efficiency to 1,51-2,51-3 can be increased.
  • the integrated optical device 10 since the exit surface 31 of the LD 30 and the incident surface 61 of the PLC 50 are arranged at a predetermined interval, the conventional integrated optics in which a resin is interposed between the exit surface of the LD and the incident surface of the PLC. Unlike the device, the relative arrangement of the LD and the PLC is not affected by the inclusions between the exit surface of the LD and the entrance surface of the PLC. According to the integrated optical device 10, it is possible to prevent the occurrence of a deviation in the relative arrangement between the LD 30 and the PLC 50.
  • the integrated optical device 10 includes a plurality of LD30s, and the plurality of LD30s emit light having peak wavelengths (wavelengths) different from each other. That is, the integrated optical device 10 includes a plurality of LD30-1, 30-2, 30-3.
  • the PLC 50 is provided with a plurality of cores 51-1, 51-2, 51-3 capable of incident light emitted by a plurality of LD30-1, 30-2, 30-3, and a plurality of cores 51-1. , 51-2 and 51-3 are gathered together on the front side reaching the exit surface 64.
  • three-color light having different peak wavelengths (wavelengths) is efficiently incident on a plurality of cores 51-1, 51-2, 51-3, and the three-color light emitted from the emission surface 64 is emitted. Light utilization efficiency can be improved.
  • the integrated optical device 10 includes a subcarrier 20, an LD30, a substrate 40, and a PLC50.
  • the incident surface 61 is arranged so as to face the exit surface 31, and the light emitted from the LD 30 can enter the cores 51-1, 51-2, and 53-1.
  • the subcarrier 20 is connected to the substrate 40 via the first metal layer 71, the second metal layer 72, and the third metal layer 73.
  • the LD30 is connected to the subcarrier 20 via the fourth metal layer 75 and the fifth metal layer 76.
  • the melting points of the fourth metal layer 75 and the fifth metal layer 76 are higher than the melting points of the first metal layer 71, the second metal layer 72, and the third metal layer 73.
  • the LD 30 is connected to the subcarrier 20 via the fourth metal layer 75 and the fifth metal layer 76, and the subcarrier 20 is connected to the first metal layer 71, the second metal layer 72, and the third metal layer 73. It is connected to the substrate 40 via.
  • the melting point of the fourth metal layer 75 is higher than the melting point of the third metal layer 73.
  • the fourth metal layer 75 and the fifth metal layer 76 are melted or softened to bond the LD30 and the subcarrier 20, and then the first metal layer 71 and the second metal layer are joined.
  • the fourth metal layer 75 is remelted and a relative misalignment between the LD 30 and the subcarrier 20 occurs. Can be prevented.
  • 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.
  • the fourth metal layer 75 and the fifth metal layer 76 are firmly bonded to the upper surface 21 and the lower surface 33 while alloying at or near these interfaces.
  • the first metal layer 71 and the second metal layer 72 are firmly joined to the side surface 22 and the side surface 42.
  • the third metal layer 73 is alloyed at or near the interface with the first metal layer 71 and at or near the interface with the second metal layer 72, and is a surface including the x-direction and the z-direction of the side surface 22. It is firmly joined to the first metal layer 71 and the second metal layer 72 in substantially the entire area.
  • the connection between the subcarrier 20 and the substrate 40 by the first metal layer 71, the second metal layer 72, and the third metal layer 73 by the alloying described above is resistant to heat, and is a step such as wire bonding as shown in FIG. It is difficult to release even if the ambient temperature rises. Therefore, even when the LD 30 and the power supply (not shown) are connected by the wire 95 on the upper surface 21 by a method such as wire bonding, the state in which the PLC 50 is firmly fixed to the LD 30 is maintained. As described above, during wire bonding, the LD 30 and the subcarrier 20 do not slide off the PLC 50 and the substrate 40, and the LD 30 is maintained at an optimum position with respect to the PLC 50. 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.
  • the third metal layer 73 is thicker than the first metal layer 71 and the second metal layer 72, the first metal layer 71 and the third metal layer 73, and / or the third metal layer 73 And the second metal layer 72 are sufficiently alloyed, and the subcarrier 20 and the substrate 40 can be joined more firmly. According to the integrated optical device 10, the distance between the alloy layer of the first metal layer 71 and the third metal layer 73 and the substrate 40 is secured in the y direction.
  • the area of the first metal layer 71 is smaller than the area of the second metal layer 72 when viewed along the y direction (the traveling direction of light), so that the subcarrier 20 and the substrate 40 It is possible to secure at least the area of the first metal layer 71 or more.
  • the bonding area of the subcarrier 20 can be maximized, and the subcarrier 20 and the substrate 40 can be bonded more firmly.
  • the antireflection film 81 is provided between the LD 30 and the PLC 50, it is possible to prevent the reflection of each color light emitted from the LD 30 on the incident surface 61, and the core 51- of each color light can be prevented.
  • the binding efficiency to 1,51-2,51-3 can be increased.
  • the integrated optical device 10 includes a plurality of LD30s, and the plurality of LD30s emit light having peak wavelengths (wavelengths) different from each other. That is, the integrated optical device 10 includes a plurality of LD30-1,30-2,30-3 clothes, and the light emitted by the plurality of LD30-1, 30-2, 30-3 can be incident on the PLC50.
  • a plurality of cores 51-1, 51-2, 51-3 are provided, and the plurality of cores 51-1, 51-2, 51-3 are gathered together on the front side reaching the exit surface 64. There is.
  • three-color light having different peak wavelengths (wavelengths) is efficiently incident on a plurality of cores 51-1, 51-2, 51-3, and the three-color light emitted from the emission surface 64 is emitted.
  • Light utilization efficiency can be improved.
  • the color of light emitted from the LD30 which is the light source used in the integrated optical device 10 according to the present invention, is not limited to red (R), green (G), and blue (B), and colors other than these colors are used. It may be.
  • light other than red (R), green (G), and blue (B) can also be used.
  • the mounting order (that is, mounting position) of the red (R), green (G), and blue (B) LD30s in the integrated optical device 10 described with reference to the drawings also needs to be the mounting order illustrated in the drawings. However, it can be changed as appropriate from the mounting order illustrated in the drawing.
  • the subcarrier 20 and the LD30 may be connected via a metal composite layer (not shown) including an alloy layer of at least the fourth metal layer 75 and the fifth metal layer 76.
  • the "metal composite layer including at least the alloy layer of the fourth metal layer 75 and the fifth metal layer 76" has an alloy layer of the fourth metal layer 75 and the fifth metal layer 76 as a part of the metal composite layer. It means a layer that is formed or a layer in which the entire metal composite layer is composed of the alloy layer.
  • the metal of the fourth metal layer 75 and the metal of the fifth metal layer 76 may be alloyed over a part or the whole in the z direction to form an alloy layer.
  • the fourth metal layer 75 and the metal of the fifth metal layer 76 are partially alloyed in the z direction, the fourth metal layer 75 and the fifth metal layer are sandwiched between the subcarrier 20 and the LD30.
  • the alloy layer of 76 and either or both of the fourth metal layer 75 and the fifth metal layer 76 intervene.
  • the metal of the fourth metal layer 75 and the metal of the fifth metal layer 76 are alloyed over the entire z direction, substantially only the above alloy layer is interposed between the subcarrier 20 and the LD. To do.
  • the fourth metal layer 75 and the fifth metal layer 76 are alloyed over the entire y-direction of the fifth metal layer 76, and the fourth metal layer 75 It is preferable that an alloy layer of and the fifth metal layer 76 is formed. However, the fourth metal layer 75 and the fifth metal layer 76 may be alloyed at a part of the fifth metal layer 76 in the y direction to form the alloy layer.
  • the subcarrier 20 and the substrate 40 are at least an alloy layer of the metal of the first metal layer 71 and the third metal layer 73, and / or the metal of the second metal layer 72 and the third metal layer 73. It may be connected via another metal composite layer (not shown) including an alloy layer with. What is "another metal composite layer including at least an alloy layer of the metal of the first metal layer 71 and the third metal layer 73 and / or an alloy layer of the metal of the second metal layer 72 and the third metal layer 73"? , And / or has an alloy layer of the metal of the first metal layer 71 and the third metal layer 73, and / or an alloy layer of the second metal layer 72 and the third metal layer 73, or a part thereof.
  • All of them mean a layer composed of an alloy layer of the metal of the first metal layer 71 and the third metal layer 73, and an alloy layer of the metal of the second metal layer 72 and the third metal layer 73.
  • the metal of the first metal layer 71 and the metal of the third 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 second metal layer 72 and the metal of the third 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 are made of either or both of the alloy layer of the first metal layer 71 and the third metal layer 73 and the alloy layer of the second metal layer 72 and the third metal layer 73. Can be connected via.
  • the melting point of the metal composite layer including the alloy layer of the fourth metal layer 75 and the fifth metal layer 76 is the alloy layer of the first metal layer 71 and the third metal layer 73, and the second metal layer 72 and the third metal layer. It is higher than the melting point of other metal composite layers including the alloy layer with 73.
  • the melting point of the alloy constituting the alloy layer of the metal constituting the fourth metal layer 75 and the metal constituting the fifth metal layer 76 constitutes the metal constituting the first metal layer 71 and the third metal layer 73.
  • the melting point of the alloy forming the alloy layer of the metal forming the fourth metal layer 75 and the metal forming the fifth metal layer 76 is the metal forming the second metal layer 72 and the metal forming the third metal layer 73. It is higher than the melting point of the alloy constituting the alloy layer with.
  • an integrated optical device 10 having high positional accuracy and high reliability between the LD 30 and the PLC 50 connected via the subcarrier 20.
  • the reliability of the integrated optical device 10 can be improved by connecting the subcarrier 20 and the substrate 40 more firmly with an alloy layer than with the conventional resin connection.
  • the melting point of the alloy layer formed at or near the interface of each metal layer depends on the melting point of the fourth metal layer 75 or the third metal layer 73. For example, by forming the fourth metal layer 75 thicker than the fifth metal layer 76, or by forming the third metal layer 73 thicker than the first metal layer 71 and the second metal layer 72, each metal layer can be formed. The melting point of the alloy layer formed at or near the interface can be easily controlled.
  • the metal material interposed between the subcarrier 20 and the substrate 40 for connecting them can be appropriately changed depending on the materials of the subcarrier 20, the substrate 40, and the first metal layer 71.
  • the thickness of the metal material of the metal layer or the alloy layer can be appropriately set according to each material of the subcarrier 20, the substrate 40, and the first metal layer 71.
  • the configuration of the metal composite layer interposed between the subcarrier 20 and the substrate 40 may change depending on the type and thickness of the metal material, the heating conditions of the subcarrier 20, and the like.
  • 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 combination and including at least an alloy layer. ..
  • the subcarrier 20 and the LD30 are connected to each other via the fourth metal layer 75 and the fifth metal layer 76, but the subcarrier 20 and the LD30 are connected to one metal layer (for example, the fourth metal). It may be connected only through layer 75 (75-1)).
  • the subcarrier 20 and the substrate 40 are connected via the first metal layer 71, the second metal layer 72, the third metal layer 73, and the antireflection film 81, but one metal layer. It may be connected only through.
  • the side surface 22 of the subcarrier 20 facing the substrate 40 and the side surface 42 of the substrate 40 facing the subcarrier 20 are formed by the first metal layer 71, the second metal layer 72, and the third metal layer 73. It is connected via an antireflection film 81.
  • 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 first metal layer 71, the second metal layer 72, the third metal layer 73, and the antireflection film 81. .. As shown in FIG.
  • the lower surface 23 (23-1) of the subcarrier 20 facing the substrate 40 and the upper surface 41 of the substrate 40 facing the subcarrier 20 are formed by the first metal layer 71 and the second metal layer 72. It may be connected via the third metal layer 73. In this case, the melting point of the fourth metal layer 75 is higher than the melting point of the third metal layer 73.
  • the subcarrier 20 and the substrate 40 are formed by at least an alloy layer of the metal of the first metal layer 71 and the third metal layer 73, and / or the metal of the second metal layer 72 and the third metal layer 73. It may be connected via another metal composite layer (not shown) including an alloy layer.
  • the melting point of the fourth metal layer 75 is the alloy layer of the metal of the first metal layer 71 and the third metal layer 73 and / or the second metal layer 72 and the third metal layer 73. It is higher than the melting point of other metal composite layers including alloy layers.
  • the gap 70 is filled with air.
  • the integrated optical device 10 is housed in a housing (not shown), and the above-mentioned housing is filled with an inert gas such as nitrogen (N 2 ). May be good. That is, the gap 70 may be filled with the inert gas.
  • N 2 nitrogen
  • the configuration of the package 110 shown in FIGS. 10 to 14 can be appropriately changed according to the configuration and shape of the integrated optical device 10.
  • the integrated optical device 10 is a combiner that combines light of three primary colors in the visible wavelength range.
  • the integrated optical device according to the present invention is not limited to the combiner, and can be widely used in the field of optical communication and the like.
  • the integrated optical device 10 can combine the three primary colors in the visible wavelength range for the purpose of being used in applications such as wearable devices and small projectors.
  • the wavelength of light processed by the integrated optical device according to the present invention 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 range from the visible wavelength range to the near-infrared wavelength range, and may be only the near-infrared wavelength range for the purpose of being used in optical communication. Good.
  • 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.
  • Integrated optics 20 Subcarrier (base) 20-1 Subcarrier (base) 20-2 Subcarrier (base) 20-3 Subcarrier (base) 21 Top surface 21-1 Top surface 21-2 Top surface 21-3 Top surface 22 Side surface 22-1 Side surface 22-2 Side surface 22-3 Side surface 23 Bottom surface 23-1 Bottom surface 30 LD (optical semiconductor element) 30-1 LD 30-2 LD 30-3 LD 31 Exit surface 31-1 Exit surface 31-2 Exit surface 31-3 Exit surface 33 Bottom surface 33-1 Bottom surface 40 Substrate 41 Top surface (front surface) 42 Side 50 PLC (optical fiber) 51-1, 51-2, 53-1 Core 54-1, 51-7 Core 52 Clad 57-1, 57-2 Confluence position 61 Incident surface 61-1 Incident surface 61-2 Incident surface 61-2 Incident surface 64 Exit surface 70 Gap 71 First metal layer (metal layer) 71-1 1st metal layer 71-2 1st metal layer 71-3 1st metal layer 72 2nd metal layer (metal layer) 73 Third metal layer (metal layer) 75 Fourth metal layer

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Abstract

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、基板と、前記基板の表面に設けられた光導波路と、を備える。前記光導波路の入射面は、前記光半導体素子の出射面と対向するように配置されている。前記光半導体素子から出射される光は、前記光導波路に入射可能である。前記基台において前記基板に対向する第１側面と前記基板において前記基台に対向する第２側面とは、金属層を介して接続されている。

Description

集積光学装置
　本発明は集積光学装置に関する。
　本願は、２０１９年３月２８日に、日本に出願された特願２０１９－０６２５３２号及び特願２０１９－０６２５３３に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　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学装置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学装置が検討されている。
　光通信システムに用いられる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が進展している。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つが、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）である。
　光通信システム以外の例えば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ために、多機能且つ小型な光学装置が求められている。
　従来、複数の光学素子を１つに集積化するために、ミラー及びレンズが用いられている。例えば、特許文献１には、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筐体内に集積された光モジュール（集積光学装置）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、全反射用波長フィルタを通り、波長分離用フィルタで全反射され、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った後、波長分離用フィルタにより互いに分離される。分離された波長１．５５μｍの光は、全反射用波長フィルタにより全反射され、結合レンズによりフォトダイオードに入射する。分離された波長１．４９μｍの光は、結合レンズによりフォトダイオードに入射する。
　特許文献２に開示されている光送受信モジュール（集積光学装置）では、光素子搭載基板と光合分波器がパッケージ内に固定されている。光素子搭載基板は、実装基板に互いに異なる波長の光を発する第１及び第２の発光素子を実装したものである。光合分波器は、第１の波長選択フィルタと、第１の波長選択フィルタに対して所定の間隔をあけて且つ第１の波長選択と平行に向き合って設けられたミラーと、を有する。特許文献２に開示されている光送受信モジュールでは、第１の出射光は、第１の発光素子から出射され、光合分波器に入射し、ミラーで反射する。第２の出射光は、第２の発光素子から出射され、光合分波器に入射し、第１の出射光と合波する。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を入射させ、波長合分波器で合波できる。
　特許文献１，２のようにミラーやレンズを集積化した装置とは別の構造を備える装置として、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（集積光学装置）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、Ｎ本の薄いクラッドを有するファイバ素線がチップ型板に固定され、複数のファイバ素線の出射端が互いに束ねられている。任意の特許文献４には、半導体導波路を有する半導体チップと、ＰＬＣチップとを一体化したハイブリッド集積光モジュールが開示されている。半導体チップは、第１の基板上に搭載されている。
　特許文献４に開示されているハイブリッド集積光モジュール（集積光学装置）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、間隔をあけて互いに離間している。半導体チップとＰＬＣチップとは、紫外線硬化接着剤で接着されている。
日本国特開２００５－３０９３７０号公報 日本国特開２００９－１０５１０６号公報 日本国特開２０１６－１１８７５０号公報 日本国特開２０１１－１０２８１９号公報
　しかしながら、上述の特許文献１、２に開示されている装置では、部品数が多く、個々の部品の設置スペースが必要であり、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。そのため、特許文献１、２に開示されている装置では、小型化を図ることが難しい。特許文献３、４に開示されているように導波路を用いた光学装置では、部品同士が紫外線硬化樹脂等で接着されている。そのため、装置の製造時に、光源のワイヤーボンディングの工程で温度変化による紫外線硬化接着剤の膨張・収縮が生じると、互いに接着されていた部品同士の調芯精度が低下し、製造された装置の信頼性が低下する虞があった。特許文献３、４に開示されている装置では、ＬＤ等の光半導体素子を作動させるために、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導通させる。光半導体素子に対して光導波路が固定される強度が十分でないと、ワイヤーボンディングを行う際に、光半導体素子が光導波路や基板から落下する虞があった。
　本発明は、信頼性の高い集積光学装置を提供する。
　本発明に係る第１態様によれば、集積光学装置は、基台と、前記基台の表面に設けられた光半導体素子と、基板と、前記基板の表面に設けられた光導波路と、を備え、前記光導波路の入射面が前記光半導体素子の出射面と対向するように配置され、前記光半導体素子から出射される光が前記光導波路に入射可能であり、前記基台において前記基板に対向する第１側面と前記基板において前記基台に対向する第２側面とが金属層を介して接続されている。
　本発明に係る第２態様によれば、集積光学装置は、基台と、前記基台の表面に設けられた光半導体素子と、基板と、前記基板の表面に設けられた光導波路と、を備え、前記光導波路の入射面が前記光半導体素子の出射面と対向するように配置され、前記光半導体素子から出射される光が前記光導波路に入射可能であり、前記基台において前記基板に対向する第１側面と前記基板において前記基台に対向する第２側面とが少なくとも合金層を含む金属複合層を介して接続されている。
　本発明に係る第３態様によれば、集積光学装置は、基台と、前記基台の表面に設けられた光半導体素子と、基板と、前記基板の表面に設けられた光導波路と、を備え、前記光導波路の入射面が前記光半導体素子の出射面と対向するように配置され、前記光半導体素子から出射される光が前記光導波路に入射可能であり、前記基台において前記光導波路に対向する第１側面と前記基板において前記基台に対向する第２側面とが前記第１側面に接する第１金属層、前記第２側面に接する第２金属層、及び前記第１金属層と前記第２金属層との間に設けられた第３金属層を介して接続されている。
　前記集積光学装置では、前記第３金属層は前記第１金属層及び前記第２金属層よりも厚くてもよい。
　前記集積光学装置では、前記光の進行方向に沿って見たときに前記第１金属層の面積は前記第２金属層の面積よりも小さくてもよい。
　本発明に係る第４態様によれば、集積光学装置は、基台と、前記基台の表面に設けられた光半導体素子と、基板と、前記基板の表面に設けられた光導波路と、を備え、前記光導波路の入射面が前記光半導体素子の出射面と対向するように配置され、前記光半導体素子から出射される光が前記光導波路に入射可能であり、前記基台は、金属層を介して前記基板と接続され、前記光半導体素子は、他の金属層を介して前記基台と接続され、前記他の金属層の融点が、前記金属層の融点よりも高い。
　本発明に係る第５態様によれば、集積光学装置は、基台と、前記基台の表面に設けられた光半導体素子と、基板と、前記基板の表面に設けられた光導波路と、を備え、前記光導波路の入射面が前記光半導体素子の出射面と対向するように配置され、前記光半導体素子から出射される光が前記光導波路に入射可能であり、前記基台は、少なくとも合金層を含む金属複合層を介して前記基板と接続され、前記光半導体素子は、少なくとも合金層を含む他の金属複合層を介して前記基台と接続され、前記他の金属複合層の融点が、前記金属複合層の融点よりも高い。
　本発明に係る第６態様によれば、集積光学装置は、基台と、前記基台の表面に設けられた光半導体素子と、基板と、前記基板の表面に設けられた光導波路と、を備え、前記光導波路の入射面が前記光半導体素子の出射面と対向するように配置され、前記光半導体素子から出射される光が前記光導波路に入射可能であり、前記光半導体素子は、前記基台に接する第４金属層と前記光半導体素子に接する第５金属層とを介して前記基台と接続され、前記基台は、前記基台に接する第１金属層、前記基板に接する第２金属層、及び前記第１金属層と前記第２金属層との間に設けられた第３金属層を介して、前記基板と接続され、前記第４金属層の融点が、前記第３金属層の融点よりも高い。
　前記集積光学装置では、前記第３金属層は、前記第１金属層及び前記第２金属層よりも厚くてもよい。
　前記集積光学装置では、前記光の進行方向に沿って見たときに前記第１金属層の面積は前記第２金属層の面積よりも小さくてもよい。
　前記集積光学装置では、前記光半導体素子の出射面と前記光導波路の入射面とが所定の間隔で配置されていてもよい。
　前記集積光学装置では、前記光半導体素子と前記光導波路との間に反射防止膜が設けられていてもよい。
　前記集積光学装置は、複数の前記光半導体素子を備えてもよい。複数の前記光半導体素子は互いに異なる波長を有する光を発し、前記光導波路には複数の前記光半導体素子が発する光のそれぞれが入射可能なコアが設けられてもよい。複数の前記コアは前記光導波路の出射面に到達する手前側で互いに１つに集められてもよい。
　本発明によれば、信頼瀬の高い集積光学装置を提供できる。
図１は、本発明の一実施形態の集積光学装置の斜視図である。 図２は、図１に示す集積光学装置のＰＬＣの入射面の断面図である。 図３は、図１に示す集積光学装置の一部の平面図である。 図４は、図１に示す集積光学装置においてＡ－Ａ´線で矢視した断面図である。 図５Ａは、図１に示す集積光学装置の製造方法の一例を説明するための断面図である。 図５Ｂは、図１に示す集積光学装置の製造方法の一例を説明するための断面図である。 図６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。 図７は、図１に示す集積光学装置のＬＤの出射面とＰＬＣの入射面との間隔と光利用効率との関係を示すグラフである。 図８は、図１に示す集積光学装置のＬＤがワイヤーボンディングされた状態を示す平面図である。 図９は、図４の集積光学装置の変形例を示す断面図である。 図１０は、図１に示す集積光学装置がパッケージされた集積光源装置の平面図である。 図１１は、図１０に示す集積光源装置の側面図である。 図１２は、図１０に示す集積光源装置のカバーを外した状態の平面図である。 図１３は、図１０に示す集積光源装置の出射部側から見た側面図である。 図１４は、図１０に示す集積光源装置の使用時の一形態を示す斜視図である。
　以下、本発明の集積光学装置の好ましい実施形態について、図面を参照して説明する。
　図１に示すように、本実施形態の集積光学装置１０は、サブキャリア（基台）２０と、サブキャリア２０の上面（表面）２１に設けられたＬＤ（光半導体素子）３０と、基板４０と、基板４０の上面（表面）４１に設けられたＰＬＣ（光導波路）５０と、を備える。
　集積光学装置１０は、光の３原色である赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）のそれぞれの色の光を合わせる合波器である。集積光学装置１０は、例えばヘッドマウントディスプレイに搭載される合波器として適用可能である。本実施形態において、例示する３原色の光のうち、赤色光として、ピーク波長が例えば６１０ｎｍ以上７５０ｎｍ以下である光を使用可能である。緑色光として、ピーク波長が例えば５００ｎｍ以上５６０ｎｍ以下である光を使用可能である。青色光として、ピーク波長が例えば４３５ｎｍ以上４８０ｎｍ以下である光を使用可能である。
　集積光学装置１０は、赤色光を発するＬＤ３０－１、緑色光を発するＬＤ３０－２、及び青色光を発するＬＤ３０－３を備える。ＬＤ３０－１，３０－２，３０－３は、それぞれのＬＤから発せられる光の出射方向に略直交する方向において互いに間隔をあけて配置されている。ＬＤ３０－１，３０－２，３０－３は、個別のサブキャリア２０の上面２１に設けられている。ＬＤ３０－１は、サブキャリア２０－１の上面２１－１に設けられている。ＬＤ３０－２は、サブキャリア２０－２の上面２１－２に設けられている。ＬＤ３０－３は、サブキャリア２０－３の上面２１－３に設けられている。以下では、集積光学装置１０の任意の構成要素の符号Ｚについて、符号Ｚ－１，Ｚ－２，…，Ｚ－Ｋの構成要素に共通する内容については、これらをまとめて符号Ｚと記載する場合がある。前述のＫは、２以上の自然数である。
　ＬＤ３０は、ベアチップでサブキャリア２０に実装されている。サブキャリア２０は、例えば窒化アルミニウム（ＡｌＮ）や、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、シリコン（Ｓｉ）等で構成されている。図４に示すように、サブキャリア２０とＬＤ３０との間には第４金属層（他の金属層）７５及び第５金属層（他の金属層）７６が設けられている。ＬＤ３０は、サブキャリア２０に接する第４金属層７５とＬＤ３０に接する第５金属層７６とを介してサブキャリア２０と接続されている。集積光学装置１０では、例えば、ｚ方向においてサブキャリア２０－１とＬＤ３０－１とが第４金属層７５－１及び第５金属層７６－１を介して接続されている。
　第４金属層７５及び第５金属層７６を形成する方法は、特定されない。第４金属層７５及び第５金属層７６を形成する方法として、公知の方法を適用可能であり、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を適用できる。第４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。第５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。第４金属層７５を合金で構成し、第５金属層７６を単一金属で構成できる。
　図４ではサブキャリア２０とＬＤ３０との間に第４金属層７５及び第５金属層７６が設けられているが、サブキャリア２０とＬＤ３０との間に１又は複数の金属層が設けられてもよい。集積光学装置１０の信頼性を向上させる等の目的で、サブキャリア２０とＬＤ３０との間に第４金属層７５及び第５金属層７６を設け、さらにサブキャリア２０と第４金属層７５の間に金属層を設けてもよい。サブキャリア２０と第４金属層７５との間に設ける金属層は、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。
　基板４０は、シリコン（Ｓｉ）で構成されている。図１及び図２に示すように、ＰＬＣ５０は、集積回路等の微細な構造を形成する際に用いられるフォトリソグラフィやドライエッチングを含む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。ＰＬＣ５０には、複数且つＬＤ３０－１，３０－２，３０－３と同数のコア５１－１，５１－２，５１－３と、コア５１－１，５１－２，５１－３を囲むクラッド５２が設けられている。クラッド５２の厚みと、コア５１－１，５１－２，５１－３の幅方向の寸法は、特に制限されない。例えば、５０μｍ程度の厚みを有するクラッド５２中に、数ミクロン程度の幅方向の寸法を有するコア５１－１，５１－２，５１－３が形成されている。
　コア５１－１，５１－２，５１－３及びクラッド５２は、例えば石英で構成されている。コア５１－１，５１－２，５１－３の屈折率は、クラッド５２の屈折率よりも所定値高い。コア５１－１，５１－２，５１－３の各々に入射した光が、コア５１－１，５１－２，５１－３の各々とクラッド５２との界面で全反射しながら、各コアを伝搬する。コア５１－１，５１－２，５１－３には、例えばゲルマニウム（Ｇｅ）等の不純物が前述の所定値に応じた量でドープされている。
　以下、ＬＤ３０から発せられる光の出射方向（即ち、光軸に沿った方向）をｙ方向とする。ｙ方向を含む面内でｙ方向に直交し、且つＬＤ３０－１，３０－２，３０－３が互いに間隔をあけて配置されている方向をｘ方向とする。ｘ方向及びｙ方向に直交し、且つサブキャリア２０からＬＤ３０に向かう方向をｚ方向とする。ＰＬＣ５０の入射面６１では、コア５１－１，５１－２，５１－３は、ｘ方向及びｚ方向に関してＬＤ３０－１，３０－２，３０－３から発せられる光の光軸に合わせて配置されている。
　図１及び図４に示すように、コア５１－１，５１－２，５１－３は、ＰＬＣ５０の出射面６４に到達する手前側で互いに１つに集められている。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。
　図３に示すように、ＰＬＣ５０の入射面６１は、ＬＤ３０の出射面３１と対向するように配置されている。詳しく説明すると、ＬＤ３０－１の出射面３１－１がコア５１－１の入射面６１－１と対向している。ｘ方向及びｚ方向において、ＬＤ３０－１から発せられる赤色光の光軸と入射面６１－１の中心とが略重なっている。同様に、ＬＤ３０－２の出射面３１－２がコア５１－２の入射面６１－２と対向している。ｘ方向及びｚ方向において、ＬＤ３０－２から発せられる緑色光の光軸と入射面６１－２の中心とが略重なっている。ＬＤ３０－３の出射面３１－３がコア５１－３の入射面６１－３と対向している。ｘ方向及びｚ方向において、ＬＤ３０－３から発せられる青色光の光軸と入射面６１－３の中心とが略重なっている。このような構成及び配置によって、ＬＤ３０－１，３０－２，３０－３から発せられる赤色光、緑色光、青色光の少なくとも一部は、コア５１－１，５１－２，５１－３に入射可能である。
　図１に示すように、ＬＤ３０－１，３０－２，３０－３から発せられる赤色光、緑色光、青色光は、コア５１－１，５１－２，５１－３にそれぞれ入射した後、各コアを伝搬する。コア５１－１，５１－２、及びコア５１－１，５１－２を伝搬する赤色光及び緑色光は、合流位置５７－１（図３参照）で合わさる。コア５１－１，５１－２同士が合流したコア５１－７（図３参照）とコア５１－３、及びコア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で集光された赤色光、緑色光及び青色光は、コア５１－４を伝搬し、出射面６４に到達する。出射面６４から出射される３色光は、例えば集積光学装置１０の使用目的に応じて信号光等として用いられる。
　図４に示すように、サブキャリア２０は、第１金属層（金属層）７１，第２金属層（金属層）７２，第３金属層（金属層）７３を介して基板４０と接続されている。集積光学装置１０では、サブキャリア２０において基板４０に対向する側面２２（２２－１、２２－１、２２－３）と基板４０においてサブキャリア２０に対向する側面４２とは、第１金属層７１、第２金属層７２、第３金属層７３、反射防止膜８１を介して接続されている。第４金属層７５の融点は、第３金属層７３の融点よりも高い。
　ＬＤ３０の出射面３１は、ｙ方向で、即ちＬＤ３０から出射される赤色光、緑色光、青色光の各光軸に沿った方向で、サブキャリア２０の側面２２と略同じ位置に配置されている。言い換えると、ＬＤ３０の出射面３１は、ｙ方向でサブキャリア２０の側面２２と略重なり、サブキャリア２０の側面２２と互いに略同一の面を形成する。「ＬＤ３０の出射面３１がサブキャリア２０の側面２２とｙ方向で略同一の位置にある」とは、ＬＤ３０の出射面３１とサブキャリア２０の側面２２とのｙ方向での差が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とサブキャリア２０の側面２２とのｙ方向での差が１０μｍを超えると、ＬＤ３０から出射された光がサブキャリア２０のｙ方向の奥側且つｚ方向の奥側の角部に当たり、ＰＬＣ５０に入射する光量が減少する虞がある。前述のように、ＬＤ３０の出射面３１がサブキャリア２０の側面２２とｙ方向で略同一の位置にあることによって、ＬＤ３０とサブキャリア２０との接合強度が高まり、集積光学装置１０の信頼性が向上する。
　第１金属層７１は、スパッタ又は蒸着等によって側面２２に当接した状態で設けられ、例えば金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、銀（Ａｇ）、鉛（Ｐｂ）、インジウム（Ｉｎ）、ニッケル（Ｎｉ）、チタン（Ｔｉ）及びタンタル（Ｔａ）からなる群から選択される１又は複数の金属で構成されている。第１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。
　第２金属層７２は、スパッタ又は蒸着等によって側面４２に当接した状態で設けられ、例えばチタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）及びタングステン（Ｗ）からなる群から選択される１又は複数の金属で構成されている。第３金属層７３は、第１金属層７１と第２金属層７２との間に介在し、例えば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。第３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。前述のように、第１金属層７１及び第２金属層７２を単一の金属で構成し、第３金属層７３を合金で構成することができ、サブキャリア２０と基板４０とを単一金属と合金とで接合できる。
　上記の構成を考慮すると、原則として、第４金属層７５として、融点が２５０℃から５００℃までの範囲内である合金を用いることができる。第３金属層７３として、融点が２００℃から４９０℃までの範囲内である合金を用いることができる。サブキャリア２０とＬＤ３０との間の層の融点と、サブキャリア２０と基板４０との間の層の融点との差は、少なくとも異なる。第４金属層７５の融点は、第３金属層７３の融点よりも２０℃以上高いことが好ましく、３０℃以上高いことがより好ましい。
　第１金属層７１の厚み、即ち第１金属層７１のｙ方向の大きさは、例えば０．０１μｍ以上５．００μｍ以下である。第２金属層７２の厚み、即ち第２金属層７２のｙ方向の大きさは、例えば０．０１μｍ以上１．００μｍ以下である。第３金属層７３の厚み、即ち第３金属層７３のｙ方向の大きさは、例えば０．０１μｍ以上５．００μｍ以下である。また、第３金属層７３の厚み、即ちｙ方向に沿った大きさは、第１金属層７１及び第２金属層７２の各厚みよりも大きいことが好ましい。前述の構成では、前述の第１金属層７１、第２金属層７２、第３金属層７３の役割が良好に発現され、基板４０に対する第１金属層７１の材料の進入及び各金属層同士の接着強度の低下が抑えられる。
　集積光学装置１０では、第１金属層７１は、第４金属層７５と接触しない範囲で、側面２２の略全域において基板４０又はＰＬＣ５０に対向する側面に設けられている。第２金属層７２及び第３金属層７３のｚ方向の前端、即ち上端は、ｚ方向の前側では第１金属層７１と同じ位置に達している。第２金属層７２及び第３金属層７３のｚ方向の後端、即ち下端は、第１金属層７１よりも後方且つ反射防止膜８１よりも前方の位置に達している。ｙ方向に沿って見たとき、ｘ方向において第１金属層７１はサブキャリア２０よりも大きく形成されている。
　上述の構成のように、第１金属層７１の面積、即ちｘ方向及びｚ方向を含む面内の大きさは、第２金属層７２及び第３金属層７３の面積と略同じであるか、或いは第２金属層７２及び第３金属層７３の面積より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。
　集積光学装置１０では、ＬＤ３０とＰＬＣ５０との間に、反射防止膜８１が設けられている。例えば、反射防止膜８１は、基板４０の側面４２とＰＬＣ５０の入射面６１とに、一体的に形成されている。反射防止膜８１は、ＰＬＣ５０の入射面６１のみに形成されてもよい。
　集積光学装置１０では、出射面６４に、反射防止膜８２が設けられている。図１では、集積光学装置１０の概略構成を示しており、第１金属層７１、第２金属層７２、第３金属層７３及び反射防止膜８１，８２は省略されている。
　反射防止膜８１，８２は、ＰＬＣ５０への入射光又は出射光が入射面６１又は出射面６４から各面に進入する方向とは逆向きに反射することを防止し、入射光又は出射光の透過率を高めるための膜である。反射防止膜８１，８２は、例えば複数の種類の誘電体が入射光である赤色光、緑色光、青色光の波長に応じた所定の厚みで交互に積層されることによって形成される多層膜である。前述の誘電体は、例えば酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化シリコン（ＳｉＯ２）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）等である。
　ＬＤ３０の出射面３１とＰＬＣ５０の入射面６１とは、所定の間隔で配置されている（図６参照）。入射面６１は、出射面３１と対向している。ｙ方向において、出射面３１と入射面６１との間には、隙間７０がある。集積光学装置１０は空気中に露出されている場合、隙間７０には空気が満ちている。集積光学装置１０がヘッドマウントディスプレイに用いられる点及びヘッドマウントディスプレイで求められる光量等を考慮すると、隙間７０のｙ方向の大きさ（間隔の大きさ）は、例えば０μｍよりも大きく、５μｍ以下である。隙間７０のｙ方向の大きさと赤色光、緑色光、青色光の光利用効率との関係については、後述する。
　次いで、集積光学装置１０の製造方法を簡単に説明する。図５Ａ及び図５Ｂは、図１に示す集積光学装置１０の製造方法の一例を説明するための断面図である。
　先ず、サブキャリア２０の上面２１に、ベアチップのＬＤ３０を公知の手法を用いて実装する。例えば、サブキャリア２０の上面２１に第４金属層７５をスパッタ又は蒸着等を用いて形成し、更にＬＤ３０の下面３３（例えば、ＬＤ３０－１の下面３３－１）に第５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、上記金属層の上に第４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。次に、図５Ａに示すように、例えば、レーザー９０からレーザー光をサブキャリア２０に照射し、サブキャリア２０のみを溶融及び変形しない程度に加熱し、サブキャリア２０からの伝熱によって第４金属層７５及び第５金属層７６を軟化あるいは溶融し、その後冷却する。これらの作業によって、サブキャリア２０の上面に、ＬＤ３０が第４金属層７５及び第５金属層７６を介して接合される。
　ＬＤ３０のサブキャリア２０への実装前あるいは実装後に、サブキャリア２０の側面２２に第１金属層７１をスパッタ又は蒸着等を用いて形成する。
　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、第２金属層７２、第３金属層７３をこの順に、スパッタ又は蒸着等を用いて形成する。
　次に、ｘ方向及びｚ方向において、互いに対応するＬＤ３０とコア５１－１，５１－２，５１－３の出射面３１と入射面６１とをｙ方向に間隔をあけて対向させる。ＬＤ３０から発せられる各色光の光軸と対応するコアの入射面６１の中心とを略重ねる。
　次に、図５Ｂに示すように、レーザー９０からレーザー光をサブキャリア２０に照射し、サブキャリア２０からの伝熱によって第１金属層７１、第２金属層７２及び第３金属層７３を軟化あるいは溶融させ、ＬＤ３０とＰＬＣ５０との相対位置を調整しながら、ＰＬＣ５０が形成された基板４０に、ＬＤ３０が実装されたサブキャリア２０を接合する。
　具体的には、図６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６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、コア５１－４から出射される３色光の出射強度を検出する。図７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振って、発光強度に対する出射強度を光利用効率［％］とすると、間隔Ｓが大きくなる程、光利用効率が低下する。図７では、Ｓａ＜Ｓｂ＜Ｓｃ＜Ｓｄ＜Ｓｅ＜Ｓｆ＜Ｓｇ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。
　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６に示すように、最適な位置に配置されたＬＤ３０の出射面３１と入射面６１との間の第１金属層７１、第２金属層７２及び第３金属層７３は、第３金属層７３の合金化及び僅かな熱収縮によって、出射面３１と入射面６１との間に挟まれていない各金属層よりも薄くなる。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。
　上述の集積光学装置１０は、図１０及び図１１に示すように、例えばパッケージ１１０に収容されてもよい。パッケージ化された集積光源装置１００は、上述の集積光学装置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。
　本体１０２は、集積光学装置１０が収容される箱状の収容部１０７と、収容部１０７に隣り合う電極部１０８と、を有する。本体１０２は、例えばセラミック等で形成されている。収容部１０７の上面には開口が形成されている。上面視で開口の周縁の収容部１０７の上面には、金属膜１１２が形成されている。カバー１０５は、金属膜１１２を介して、収容部１０７の上面に形成された開口を隙間なく覆っている。カバー１０５で収容部１０７を気密封止する際に、収容部１０７の内部空間に窒素（Ｎ２）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。
　電極部１０８は、収容部１０７のｙ方向で手前側、即ちｙ方向の後方に配置されている。電極部１０８の上面は、収容部１０７の上面よりも下に位置している。電極部１０８の底面は、収容部１０７の底面と略同じ高さに位置している。電極部１０８の上面には、ｘ方向に間隔をあけて複数の外部電極パッド２１０が設けられている。
　図１２に示すように、収容部１０７の底壁部１３１の所定の位置に、集積光学装置１０を設置するための土台１８０が設けられている。集積光学装置１０は、土台１８０の上に設けられている。つまり、集積光学装置１０は、収容部１０７の内部空間に配置されている。集積光学装置１０のサブキャリア２０及び基板４０の各底面は、土台１８０の上面に接している。ｙ方向においてサブキャリア２０の下方の土台１８０と外部電極パッド２１０との間の位置の底壁部１３１には、ｘ方向に間隔をあけて複数の内部電極パッド２０２が設けられている。
　ＬＤ３０及びサブキャリア２０の各々と複数の内部電極パッド２０２のうち各ＬＤ３０に対応する内部電極パッド２０２とは、ワイヤーボンディング等の方法を用いてワイヤー９５によって接続されている。例えば、ＬＤ３０－１及びサブキャリア２０－１の各々と２つの内部電極パッド２０２－１の各々とは、ワイヤー９５－１によって個別に接続されている。ＬＤ３０－２及びサブキャリア２０－２の各々と２つの内部電極パッド２０２－２の各々とは、ワイヤー９５－２によって個別に接続されている。ＬＤ３０－３及びサブキャリア２０－３の各々と２つの内部電極パッド２０２－３の各々とは、ワイヤー９５－３によって個別に接続されている。
　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、集積光源装置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。
　収容部１０７の側壁部１３２のうち、集積光学装置１０のＰＬＣ５０の出射面３１と対向する側壁部１３２には、開口１３３が形成されている。開口１３３は、側壁部１３２においてＰＬＣ５０のコア５１－４から出射される３色光の光軸と交差する位置を略中心として形成されている。開口１３３は、コア５１－４から出射され、収容部１０７の内部空間で拡がった３色光の側壁部１３２の表面上での大きさよりも大きく形成されている。図１２及び図１３に示すように、開口１３３は、側壁部１３２の外方からガラス板２２０によって隙間なく覆われている。つまり、収容部１０７は、カバー１０５に加えてガラス板２２０によって気密封止されている。ガラス板２２０の両板面には、不図示の反射防止膜が設けられている。
　開口１３３は、ＰＬＣ５０のコア５１－４から出射される３色光が通過してパッケージ１１０の外部に伝搬するための窓である。図１４に示すように、ＰＬＣ５０のコア５１－４から出射された３色光ＬＬは、ｙ方向を中心に拡散しつつ、開口１３３及びガラス板２２０を通り、パッケージ１１０のｙ方向で奥側、即ちｙ方向の前方に進行する。例えば、パッケージ１１０の側壁部１３２－１よりもｙ方向で奥側に、コリメートレンズ３１０を備えたコリメート装置３００を配置できる。ｙ方向における出射面３１とコリメートレンズ３１０との距離をコリメートレンズ３１０の焦点距離に合わせ、３色光ＬＬの光軸上にコリメートレンズ３１０の中心を合わせることによって、コア５１－４から出射された３色光ＬＬがコリメートされ、平行光になる。
　以上説明した集積光学装置１０は、サブキャリア２０、ＬＤ３０、基板４０、ＰＬＣ５０を備える。入射面６１は、出射面３１と対向するように配置され、ＬＤ３０から出射される光がコア５１－１，５１－２，５１－３に入射可能である。また、サブキャリア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第１金属層７１、第２金属層７２及び第３金属層７３を介して接続されている。
　上述の構成によれば、第１金属層７１及び第２金属層７２は側面２２及び側面４２に強固に接着され、第３金属層７３は第１金属層７１及び第２金属層７２との界面で合金化しつつ、側面２２のｘ方向及びｚ方向を含む面内の略全域で強固に第１金属層７１及び第２金属層７２と接合する。このような合金化による第１金属層７１、第２金属層７２、第３金属層７３によるサブキャリア２０と基板４０との接続は、熱に強く、例えば図８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によって上面２１で接続する際に、ＬＤ３０に対してＰＬＣ５０が強固に固定された状態が維持される。つまり、ワイヤーボンディングする際に、ＬＤ３０やサブキャリア２０がＰＬＣ５０や基板４０から滑落せず、ＬＤ３０がＰＬＣ５０に対して最適な位置に維持される。このことによって、集積光学装置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。一方、従来のような樹脂を用いたＬＤとＰＬＣとの接着、又はサブキャリアと基板との接着では、分子構造として高分子である樹脂において置換基による水素結合が生じる。樹脂における置換基の密度は低いので、樹脂の形成面内で局所的な接合となる。集積光学装置１０の構成に適用すると、ｘ方向及びｚ方向を含む面内で局所的にＬＤとＰＬＣ、サブキャリアと基板を結合する。つまり、従来のように樹脂を用いた接続では、上述した合金化による全面的且つ強固な接合に比べて接続強度が低下すると推察される。
　集積光学装置１０によれば、第３金属層７３は第１金属層７１及び第２金属層７２よりも厚いため、第１金属層７１と第３金属層７３、及び／又は第３金属層７３と第２金属層７２とが十分に合金化され、サブキャリア２０と基板４０とをより強固に接合できる。集積光学装置１０によれば、ｙ方向において第１金属層７１と第３金属層７３との合金層と基板４０との距離を確保できる。
　集積光学装置１０によれば、ｙ方向（光の進行方向）に沿って見たときに第１金属層７１の面積は第２金属層７２の面積よりも小さいため、サブキャリア２０と基板４０との接合面積を少なくとも第１金属層７１の面積以上に確保できる。第１金属層７１を側面２２の略全域に設けることによって、サブキャリア２０の接合面積を最大化し、サブキャリア２０と基板４０とを更に強固に接合できる。
　集積光学装置１０によれば、ＬＤ３０とＰＬＣ５０との間に反射防止膜８１が設けられているため、ＬＤ３０から発せられた各色光の入射面６１での反射を防止でき、各色光のコア５１－１，５１－２，５１－３への結合効率を高くすることができる。
　集積光学装置１０では、ＬＤ３０の出射面３１とＰＬＣ５０の入射面６１とが所定の間隔で配置されているため、ＬＤの出射面とＰＬＣの入射面との間に樹脂が介在する従来の集積光学装置のようにＬＤとＰＬＣとの相対配置がＬＤの出射面とＰＬＣの入射面との間の介在物によって影響されない。集積光学装置１０によれば、ＬＤ３０とＰＬＣ５０との相対配置のずれの発生を防止できる。
　集積光学装置１０では、ＬＤ３０を複数備え、複数のＬＤ３０は互いに異なるピーク波長（波長）を有する光を発する。つまり、集積光学装置１０は、複数のＬＤ３０－１，３０－２，３０－３を備える。ＰＬＣ５０には、複数のＬＤ３０－１，３０－２，３０－３が発する光のそれぞれが入射可能な複数のコア５１－１，５１－２，５１－３が設けられ、複数のコア５１－１，５１－２，５１－３は出射面６４に到達する手前側で互いに１つに集められている。集積光学装置１０によれば、互いに異なるピーク波長（波長）を有する３色光を複数のコア５１－１，５１－２，５１－３に効率よく入射させ、出射面６４から出射される３色光の光利用効率を高めることができる。
　集積光学装置１０は、上述のように、サブキャリア２０、ＬＤ３０、基板４０、ＰＬＣ５０を備える。入射面６１は、出射面３１と対向するように配置され、ＬＤ３０から出射される光がコア５１－１，５１－２，５１－３に入射可能である。集積光学装置１０では、サブキャリア２０は、第１金属層７１、第２金属層７２及び第３金属層７３を介して基板４０と接続されている。ＬＤ３０は、第４金属層７５及び第５金属層７６を介してサブキャリア２０と接続されている。第４金属層７５及び第５金属層７６の融点が、第１金属層７１、第２金属層７２及び第３金属層７３の融点よりも高い。
　集積光学装置１０では、ＬＤ３０は第４金属層７５及び第５金属層７６を介してサブキャリア２０と接続され、サブキャリア２０は第１金属層７１、第２金属層７２及び第３金属層７３を介して基板４０と接続されている。例えば、第４金属層７５の融点が、第３金属層７３の融点よりも高い。集積光学装置１０によれば、製造工程において、第４金属層７５及び第５金属層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、第１金属層７１、第２金属層７２及び第３金属層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、第４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。
　第４金属層７５及び第５金属層７６は、これらの界面あるいはその近傍で合金化しつつ上面２１及び下面３３と強固に接合される。第１金属層７１及び第２金属層７２は側面２２及び側面４２に強固に接合される。第３金属層７３は、第１金属層７１との界面あるいはその近傍で合金化すると共に第２金属層７２との界面あるいはその近傍で合金化しつつ、側面２２のｘ方向及びｚ方向を含む面内の略全域で強固に第１金属層７１及び第２金属層７２と接合する。前述の合金化による第１金属層７１、第２金属層７２及び第３金属層７３によるサブキャリア２０と基板４０との接続は、熱に強く、例えば図８に示すようにワイヤーボンディング等の工程で周囲の環境温度が高くなっても解除されにくい。したがって、例えばワイヤーボンディング等の方法を用いてＬＤ３０と不図示の電源とをワイヤー９５によって上面２１で接続するときでも、ＬＤ３０に対してＰＬＣ５０が強固に固定された状態が維持される。前述のように、ワイヤーボンディングする際に、ＬＤ３０やサブキャリア２０がＰＬＣ５０や基板４０から滑落せず、ＬＤ３０がＰＬＣ５０に対して最適な位置に維持される。このことによって、集積光学装置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。
　集積光学装置１０によれば、第３金属層７３は第１金属層７１及び第２金属層７２よりも厚いため、第１金属層７１と第３金属層７３、及び／又は第３金属層７３と第２金属層７２とが十分に合金化され、サブキャリア２０と基板４０とをより強固に接合できる。集積光学装置１０によれば、ｙ方向において第１金属層７１と第３金属層７３との合金層と基板４０との距離が確保される。
　集積光学装置１０によれば、ｙ方向（光の進行方向）に沿って見たときに第１金属層７１の面積は第２金属層７２の面積よりも小さいため、サブキャリア２０と基板４０との接合面積を少なくとも第１金属層７１の面積以上に確保できる。第１金属層７１を側面２２の略全域に設けることによって、サブキャリア２０の接合面積を最大化し、サブキャリア２０と基板４０とを更に強固に接合できる。
　集積光学装置１０によれば、ＬＤ３０とＰＬＣ５０との間に反射防止膜８１が設けられているため、ＬＤ３０から発せられた各色光の入射面６１での反射を防止でき、各色光のコア５１－１，５１－２，５１－３への結合効率を高くすることができる。
　集積光学装置１０では、ＬＤ３０を複数備え、複数のＬＤ３０は互いに異なるピーク波長（波長）を有する光を発する。すなわち、集積光学装置１０は、服複数のＬＤ３０－１，３０－２，３０－３を備え、ＰＬＣ５０には、複数のＬＤ３０－１，３０－２，３０－３が発する光のそれぞれが入射可能な複数のコア５１－１，５１－２，５１－３が設けられ、複数のコア５１－１，５１－２，５１－３は出射面６４に到達する手前側で互いに１つに集められている。このような構成によれば、互いに異なるピーク波長（波長）を有する３色光を複数のコア５１－１，５１－２，５１－３に効率よく入射させ、出射面６４から出射される３色光の光利用効率を高めることができる。
　以上、本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は上述した実施形態に限定されない。本発明は、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、変更可能である。
　例えば、本発明に係る集積光学装置１０で使用する光源であるＬＤ３０から発せられる光の色は、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）とは限らず、これらの色以外の色であってもよい。本発明に係る一実施形態として示した集積光学装置１０では赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）以外の光も使用可能である。図面を参照して説明した集積光学装置１０における赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）のＬＤ３０の搭載順（即ち、搭載位置）についても、図面に例示した搭載順である必要性はなく、図面に例示した搭載順から適宜変更可能である。
　例えば、集積光学装置１０では、サブキャリア２０とＬＤ３０とが、少なくとも第４金属層７５と第５金属層７６との合金層を含む不図示の金属複合層を介して接続されていてもよい。「少なくとも第４金属層７５と第５金属層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第４金属層７５と第５金属層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、第４金属層７５の金属と第５金属層７６の金属とがｚ方向の一部又は全体に亘って合金化し、合金層を形成してもよい。第４金属層７５の金属と第５金属層７６の金属とがｚ方向の一部で合金化された場合、サブキャリア２０とＬＤ３０との間には、第４金属層７５及び第５金属層７６の合金層と、第４金属層７５及び第５金属層７６の何れか又は双方とが介在する。第４金属層７５の金属と第５金属層７６の金属とがｚ方向の全体に亘って合金化された場合、サブキャリア２０とＬＤとの間には、実質的に上記合金層のみが介在する。
　第４金属層７５と第５金属層７６との界面において、第５金属層７６のｙ方向の全体に亘って第４金属層７５と第５金属層７６とが合金化し、第４金属層７５と第５金属層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、第５金属層７６のｙ方向の一部で第４金属層７５と第５金属層７６とが合金化し、上記合金層が形成されてもよい。
　集積光学装置１０では、サブキャリア２０と基板４０とが、少なくとも第１金属層７１の金属と第３金属層７３との合金層、及び／又は第２金属層７２の金属と第３金属層７３との合金層を含む不図示の他の金属複合層を介して接続されていてもよい。「少なくとも第１金属層７１の金属と第３金属層７３との合金層、及び／又は第２金属層７２の金属と第３金属層７３との合金層を含む他の金属複合層」とは、その一部に第１金属層７１の金属と第３金属層７３との合金層、及び／又は第２金属層７２と第３金属層７３との合金層を有しているか、又は、その全部が、第１金属層７１の金属と第３金属層７３との合金層、及び第２金属層７２の金属と第３金属層７３との合金層で構成されている層を意味する。例えば、集積光学装置１０において、第１金属層７１の金属と、第３金属層７３の金属とがｙ方向の一部又は全体に亘って合金化し、１つの合金層が形成されてもよい。第２金属層７２の金属と、第３金属層７３の金属とがｙ方向の一部又は全体に亘って合金化し、１つの合金層が形成されてもよい。この場合、サブキャリア２０と基板４０とを、第１金属層７１と第３金属層７３との合金層、及び第２金属層７２と第３金属層７３との合金層の何れか又は双方を介して接続できる。第４金属層７５と第５金属層７６との合金層を含む金属複合層の融点は、第１金属層７１と第３金属層７３との合金層及び第２金属層７２と第３金属層７３との合金層を含む他の金属複合層の融点よりも高い。例えば、第４金属層７５を構成する金属と第５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、第１金属層７１を構成する金属と第３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。第４金属層７５を構成する金属と第５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、第２金属層７２を構成する金属と第３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。前述の構成では、集積光学装置１０の製造工程において、第１金属層７１、第２金属層７２及び第３金属層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、第４金属層７５及び第５金属層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。したがって、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。前述のように、サブキャリア２０と基板４０とを合金層によって従来のような樹脂による接続よりも強固に接続することによって、集積光学装置１０の信頼性を高めることができる。
　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、第４金属層７５あるいは第３金属層７３の融点に依存する。例えば、第４金属層７５を第５金属層７６よりも厚く形成すること、あるいは第３金属層７３を第１金属層７１及び第２金属層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。
　サブキャリア２０と基板４０とを接続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、第１金属層７１の各材料によっ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、第１金属層７１の各材料に応じて適宜設定可能である。金属材料の種類及び厚み、サブキャリア２０の加熱条件等によって、サブキャリア２０と基板４０との間に介在する金属複合層の構成は変わり得る。金属複合層は、単独の合金層、金属層と合金層との組み合わせ、互いに異なる組成の合金層同士の組み合わせ、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。
　集積光学装置１０では、サブキャリア２０とＬＤ３０とが第４金属層７５及び第５金属層７６を介して接続されているが、サブキャリア２０とＬＤ３０とが１つの金属層（例えば、第４金属層７５（７５－１））のみを介して接続されてもよい。集積光学装置１０では、サブキャリア２０と基板４０とが、第１金属層７１、第２金属層７２、第３金属層７３及び反射防止膜８１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。
　集積光学装置１０では、サブキャリア２０において基板４０に対向する側面２２と基板４０においてサブキャリア２０に対向する側面４２とが、第１金属層７１、第２金属層７２、第３金属層７３、反射防止膜８１を介して接続されている。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、第１金属層７１、第２金属層７２、第３金属層７３及び反射防止膜８１の積層構造に限られない。図９に示すように、サブキャリア２０において基板４０に対向する下面２３（２３－１）と基板４０においてサブキャリア２０に対向する上面４１とが、第１金属層７１、第２金属層７２、第３金属層７３を介して接続されてもよい。この場合、第４金属層７５の融点が、第３金属層７３の融点よりも高い。
　図９において、サブキャリア２０と基板４０とが、少なくとも第１金属層７１の金属と第３金属層７３との合金層、及び／又は第２金属層７２の金属と第３金属層７３との合金層を含む不図示の他の金属複合層を介して接続されてもよい。この場合も、上記と同様、第４金属層７５の融点は、第１金属層７１の金属と第３金属層７３との合金層及び／又は第２金属層７２と第３金属層７３との合金層を含む他の金属複合層の融点よりも高い。
　上述した上記実施形態の変形例の構成によっても、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を提供できる。
　集積光学装置１０では隙間７０には空気が満ちているが、例えば集積光学装置１０が不図示の筐体内に収容されて前述の筐体内が窒素（Ｎ２）等の不活性ガスが満ちていてもよい。即ち、隙間７０には不活性ガスが満ちていてもよい。図１０から図１４に示したパッケージ１１０の構成は、集積光学装置１０の構成と形状に合わせて適宜変更可能である。
　上述では、集積光学装置１０が可視波長域の３原色の光を合わせる合波器である旨を説明した。しかしながら、本発明に係る集積光学装置は合波器に限定されず、光通信の分野等で広く使える。
　上述では、集積光学装置１０がウェアラブルデバイスや小型プロジェクタ等の用途に用いられることを目的として、可視波長域の３原色を合波可能である旨を説明した。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、可視波長域に限定されない。例えば、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。
　１０　　集積光学装置
　２０　　サブキャリア（基台）
　２０－１　　サブキャリア（基台）
　２０－２　　サブキャリア（基台）
　２０－３　　サブキャリア（基台）
　２１　　上面
　２１－１　　上面
　２１－２　　上面
　２１－３　　上面
　２２　　側面
　２２－１　　側面
　２２－２　　側面
　２２－３　　側面
　２３　　下面
　２３－１　　下面
　３０　　ＬＤ（光半導体素子）
　３０－１　　ＬＤ
　３０－２　　ＬＤ
　３０－３　　ＬＤ
　３１　　出射面
　３１－１　　出射面
　３１－２　　出射面
　３１－３　　出射面
　３３　　下面
　３３－１　　下面
　４０　　基板
　４１　　上面（表面）
　４２　　側面
　５０　　ＰＬＣ（光導波路）
　５１－１，５１－２，５１－３　　コア
　５１－４，５１－７　　コア
　５２　　クラッド
　５７－１，５７－２　　合流位置
　６１　　入射面
　６１－１　　入射面
　６１－２　　入射面
　６１－３　　入射面
　６４　　出射面
　７０　　隙間
　７１　　第１金属層（金属層）
　７１－１　　第１金属層
　７１－２　　第１金属層
　７１－３　　第１金属層
　７２　　第２金属層（金属層）
　７３　　第３金属層（金属層）
　７５　　第４金属層（他の金属層）
　７５－１　　第４金属層
　７６　　第５金属層（他の金属層）
　７６－１　　第５金属層
　８１　　反射防止膜

Claims (13)

  1. 　基台と、
    　前記基台の表面に設けられた光半導体素子と、
    　基板と、
    　前記基板の表面に設けられた光導波路と、
    　を備え、
    　前記光導波路の入射面が前記光半導体素子の出射面と対向するように配置され、
    　前記光半導体素子から出射される光が前記光導波路に入射可能であり、
    　前記基台において前記基板に対向する第１側面と前記基板において前記基台に対向する第２側面とが金属層を介して接続されている、
    　集積光学装置。
  2. 　基台と、
    　前記基台の表面に設けられた光半導体素子と、
    　基板と、
    　前記基板の表面に設けられた光導波路と、
    　を備え、
    　前記光導波路の入射面が前記光半導体素子の出射面と対向するように配置され、
    　前記光半導体素子から出射される光が前記光導波路に入射可能であり、
    　前記基台において前記基板に対向する第１側面と前記基板において前記基台に対向する第２側面とが少なくとも合金層を含む金属複合層を介して接続されている、
    　集積光学装置。
  3. 　基台と、
    　前記基台の表面に設けられた光半導体素子と、
    　基板と、
    　前記基板の表面に設けられた光導波路と、
    　を備え、
    　前記光導波路の入射面が前記光半導体素子の出射面と対向するように配置され、
    　前記光半導体素子から出射される光が前記光導波路に入射可能であり、
    　前記基台において前記光導波路に対向する第１側面と前記基板において前記基台に対向する第２側面とが前記第１側面に接する第１金属層、前記第２側面に接する第２金属層、及び前記第１金属層と前記第２金属層との間に設けられた第３金属層を介して接続されている、
    　集積光学装置。
  4. 　前記第３金属層は前記第１金属層及び前記第２金属層よりも厚い、
    　請求項３に記載の集積光学装置。
  5. 　前記光の進行方向に沿って見たときに前記第１金属層の面積は前記第２金属層の面積よりも小さい、
    　請求項３又は４に記載の集積光学装置。
  6. 　基台と、
    　前記基台の表面に設けられた光半導体素子と、
    　基板と、
    　前記基板の表面に設けられた光導波路と、
    　を備え、
    　前記光導波路の入射面が前記光半導体素子の出射面と対向するように配置され、
    　前記光半導体素子から出射される光が前記光導波路に入射可能であり、
    　前記基台は、金属層を介して前記基板と接続され、
    　前記光半導体素子は、他の金属層を介して前記基台と接続され、
    　前記他の金属層の融点が、前記金属層の融点よりも高い、
    　集積光学装置。
  7. 　基台と、
    　前記基台の表面に設けられた光半導体素子と、
    　基板と、
    　前記基板の表面に設けられた光導波路と、
    　を備え、
    　前記光導波路の入射面が前記光半導体素子の出射面と対向するように配置され、
    　前記光半導体素子から出射される光が前記光導波路に入射可能であり、
    　前記基台は、少なくとも合金層を含む金属複合層を介して前記基板と接続され、
    　前記光半導体素子は、少なくとも合金層を含む他の金属複合層を介して前記基台と接続され、
    　前記他の金属複合層の融点が、前記金属複合層の融点よりも高い、
    　集積光学装置。
  8. 　基台と、
    　前記基台の表面に設けられた光半導体素子と、
    　基板と、
    　前記基板の表面に設けられた光導波路と、
    　を備え、
    　前記光導波路の入射面が前記光半導体素子の出射面と対向するように配置され、
    　前記光半導体素子から出射される光が前記光導波路に入射可能であり、
    　前記光半導体素子は、前記基台に接する第４金属層と前記光半導体素子に接する第５金属層とを介して前記基台と接続され、
    　前記基台は、前記基台に接する第１金属層、前記基板に接する第２金属層、及び前記第１金属層と前記第２金属層との間に設けられた第３金属層を介して、前記基板と接続され、
    　前記第４金属層の融点が、前記第３金属層の融点よりも高い、
    　集積光学装置。
  9. 　前記第３金属層は、前記第１金属層及び前記第２金属層よりも厚い、
    　請求項８に記載の集積光学装置。
  10. 　前記光の進行方向に沿って見たときに前記第１金属層の面積は前記第２金属層の面積よりも小さい、
    　請求項８又は９に記載の集積光学装置。
  11. 　前記光半導体素子の出射面と前記光導波路の入射面とが所定の間隔で配置されている、
    　請求項１から１０の何れか一項に記載の集積光学装置。
  12. 　前記光半導体素子と前記光導波路との間に反射防止膜が設けられている、
    　請求項１から１１の何れか一項に記載の集積光学装置。
  13. 　複数の前記光半導体素子を備え、
    　複数の前記光半導体素子は互いに異なる波長を有する光を発し、
    　前記光導波路には複数の前記光半導体素子が発する光のそれぞれが入射可能なコアが設けられ、
    　複数の前記コアは前記光導波路の出射面に到達する手前側で互いに１つに集められている、
    　請求項１から１２の何れか一項に記載の集積光学装置。
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