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公開番号2024091982
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-07-05
出願番号2024073501,2020056034
出願日2024-04-30,2020-03-26
発明の名称集積光学装置及び集積光モジュール
出願人TDK株式会社
代理人個人,個人,個人
主分類G02B 6/12 20060101AFI20240628BHJP(光学)
要約【課題】高い信頼性と共に更なる小型化を実現することができる集積光学装置を提供する。
【解決手段】集積光学装置10は、複数のサブキャリア20と、複数のサブキャリア20に設けられた複数のLD30と、基板40に設けられ、LD30の出射面31から出射される光をコア51に入射可能に配置されたPLC50とを備える。サブキャリア20は、低背型構造を有している。LD30は、第1金属層91を介してサブキャリア20と接続されている。LD30は、第1金属層91を介してサブキャリア20と接続されている。PLC50は複数のLD30に対応する複数のコア51を有し、複数のコア51が略同一面上に配置されて光導波路面を形成している。そして、サブキャリア20におけるLD30の搭載面が上記光導波路面に対して回転した状態で、サブキャリア20と基板40とが接続されている。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
複数の基台と、
前記複数の基台に設けられた複数の光半導体素子と、
基板と、
前記基板に設けられ、前記複数の光半導体素子から出射される光を入射可能に配置された光導波路と、
を備え、
前記基台は、低背型構造を有し、
前記光半導体素子は、金属層を介して前記基台と接続されており、
前記光導波路は、前記複数の光半導体素子に対応する複数のコアを有し、前記複数のコアが略同一面上に配置されて光導波路面を形成しており、
前記基台における前記光半導体素子の搭載面が前記光導波路面に対して回転した状態で、前記基台と前記基板とが接続されている、集積光学装置。
続きを表示（約 970 文字）【請求項２】
前記光半導体素子は、低背型構造を有し、
前記基台における前記光半導体素子の搭載面が前記光導波路面に対して回転した状態で、前記基台と前記基板とが接続されている、請求項１に記載の集積光学装置。
【請求項３】
前記搭載面が前記光導波路面に対して９０°回転した状態で、前記基台と前記基板とが接続されている、請求項１又は２に記載の集積光学装置。
【請求項４】
前記基台と前記基板とが金属層を介して接続されている、請求項１から３の何れか一項に記載の集積光学装置。
【請求項５】
前記複数の光半導体素子は、３つ以上の光半導体素子であり、
前記複数の基台は、前記３つ以上の光半導体素子が搭載された３つ以上の基台であり、
前記３つ以上の光半導体素子が並んで配置され且つ前記光導波路と光結合している、請求項１に記載の集積光学装置。
【請求項６】
前記３つ以上の光半導体素子は、赤色光、緑色光及び青色光を発する３つの光半導体素子であり、
前記３つ以上の基台は、前記３つの光半導体素子が搭載された３つの基台である、請求項５に記載の集積光学装置。
【請求項７】
前記光半導体素子から前記光が出射される出射面と前記光導波路において前記光が入射する入射面との間に隙間空間が形成され、
前記光は前記出射面から出射され、前記隙間空間を伝搬し、前記入射面から前記光導波路の前記コアに入射するように構成されている、
請求項１から６の何れか一項に記載の集積光学装置。
【請求項８】
前記光半導体素子から前記光が出射される出射面と前記光導波路において前記光が入射する入射面との間に樹脂が設けられ、
前記光は前記出射面から出射され、前記樹脂を伝搬し、前記入射面から前記光導波路の前記コアに入射するように構成されている、
請求項１から６の何れか一項に記載の集積光学装置。
【請求項９】
請求項１から８の何れか一項に記載の集積光学装置がパッケージに収容され、
前記集積光学装置は、第２金属層及び第２樹脂層の何れかを介して前記パッケージ内で固定されている、
集積光モジュール。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、集積光学装置及び集積光モジュールに関する。
続きを表示（約 2,200 文字）【背景技術】
【０００２】
データトラフィックの増大に伴い、光通信システムや、光通信システムを用いた身の回りの種々の光デバイスの多機能化が進んでいる。最近では多機能化と共に高密度化が求められ、多機能且つ小型な光デバイスが検討されている。
【０００３】
近年、シリコン導波路に発光素子や受光素子を集積させるシリコンフォトニクスの技術が進展し、光通信システムに用いられている。合波・分波・波長選択等の光信号処理を行う平面光波回路（Planar Lightwave Circuit：ＰＬＣ）は、光通信システムに用いられる代表的なシリコン導波路の１つである。
【０００４】
光通信システム以外の例えば身の回りのウェアラブルデバイスや小型プロジェクタ等においても、使用目的に応じて複数の機能を発現し、且つ装置全体を持ち歩き可能とする、多機能且つ小型な光デバイスが求められている。
【０００５】
従来、複数の光学素子を集積化するために、例えば、ミラー及びレンズが用いられている。特許文献１には、筐体内にレーザーダイオード（Laser Diode：ＬＤ）、光学レンズ、全反射用波長フィルタ、波長分離用フィルタ、ファイバコリメータ、フォトダイオードが共通の筐体に集積された光モジュールが開示されている。特許文献１に開示されている光モジュールでは、ＬＤから発せられた波長１．３μｍの光が集光レンズ、キャピラリ、コリメータレンズを通り、全反射用波長フィルタ及び波長分離用フィルタで全反射し、ファイバコリメータで受光される。ファイバコリメータから入力された波長１．４９μｍ，１．５５μｍの光は、波長分離用フィルタを通過してから、前述とは別の波長分離用フィルタによって互いに分離される。分離された後の１．５５μｍの光は、全反射用波長フィルタで全反射し、結合レンズによりフォトダイオードに入射する。分離された後の１．４９μｍの光は、結合レンズにより前述とは別のフォトダイオードに入射する。
【０００６】
特許文献２には、パッケージ内に光素子搭載基板と、レンズアレイと、波長合分波器が所望の相対位置で配置されている光送受信モジュールが開示されている。波長合分波器は、透明基板の表面及び裏面に波長選択フィルタ及びミラーが搭載された機器である。特許文献２に開示されている光送受信モジュールでは、波長選択フィルタ及びミラーの配置に合わせて互いに異なる所定の波長を有する複数の光が入射し、波長合分波器で合波される。
【０００７】
特許文献１，２のようにミラーやレンズを用いた自由空間型の集積化とは別の集積化構造として、例えば特許文献３、４には導波路構造を備えた光デバイスが開示されている。特許文献３に開示されている合波器では、任意のＮ本の薄いクラッドを持つファイバ素線がチップ型の基板に固定され、複数のファイバ素線の出射端が互いに束ねられている。特許文献４には、半導体チップと、ＰＬＣチップとを一体化・集積化した光モジュールが開示されている。半導体チップは、半導体導波路を有し、且つ第１の基板上に搭載されている。
【０００８】
特許文献４に開示されている光モジュールでは、半導体チップにおいてＰＬＣチップに対向する端面とＰＬＣチップにおいて半導体チップに対向する端面とは、ギャップをあけて互いに離れている。半導体チップとＰＬＣチップとは、紫外線硬化接着剤によって接着されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
特開２００５－３０９３７０号公報
特開２００９－１０５１０６号公報
特開２０１６－１１８７５０号公報
特開２０１１－１０２８１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上述の特許文献１、２に開示されている光デバイスの部品数は多く、個々の部品の大きさがあり、ミラーやレンズを用いて自由空間光学系で構成されている。個々の部品の大きさや自由空間光学系での構成を考慮すると、特許文献１、２に開示されている光デバイスの小型化には限界がある。特許文献３、４に開示されているように導波路を用いた集積光学装置では、部品同士が紫外線硬化樹脂によって接着され、自由空間光学系に比べると小型化を図りやすい。しかしながら、導波路を用いた集積光学装置では、光源のワイヤーボンディングの工程等による温度変化による紫外線硬化接着剤の膨張・収縮が生じる。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、集積光学装置の信頼性が低下する虞があった。導波路を用いた集積光学装置では、集積光学素子、ＬＤ等の光半導体素子を作動させるために基板に導通する必要がある。基板に導通させる際に、ワイヤーボンディング等の方法を用いて光半導体素子と電源とを基板上で接続する。光半導体素子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する際に、光半導体素子が滑落し、集積光学装置の信頼性が低下する虞があった。このように、上記特許文献１～４のいずれの技術においても、高い信頼性を実現しながら更なる小型化のニーズに対応するのは困難であり、未だ改善の余地がある。
（【００１１】以降は省略されています）

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