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公開番号2025083493
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-05-30
出願番号2025040151,2021573029
出願日2025-03-13,2020-12-23
発明の名称集積光学装置、集積光学モジュール及び集積光学装置の製造方法
出願人TDK株式会社
代理人個人,個人,個人
主分類G02B 6/12 20060101AFI20250523BHJP(光学)
要約【課題】レーザー発光の温度依存性が抑制され、構成部品のパッケージへの接合強度が向上した集積光学装置を提供する。
【解決手段】複数の基台、その表面に設けられた複数の光半導体素子、基板及び基板の表面に設けられた光導波路を備え、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、光導波路の入射面が複数の光半導体素子の出射面と対向するように配置され、光導波路には、複数の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、複数のコアは、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、複数の光半導体素子は、それぞれ金属層を介して複数の基台と接続され、複数の基台は第1～第3の金属層で構成された複数の接合層を介して基板と接続され、複数の接合層は、複数の基台と対向する位置に、離間して設けられ、基台底面及び基板底面とは、略同一平面上に設けられた集積光学装置。
【選択図】図4
特許請求の範囲【請求項１】
複数の基台と、
前記複数の基台の表面にそれぞれ設けられた複数の光半導体素子と、
基板と、
前記基板の表面に設けられた光導波路と、
を備え、
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、
前記光導波路の入射面が前記複数の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つに集められており、
前記複数の光半導体素子は、それぞれ金属層を介して前記複数の基台と接続されており、
前記複数の基台は、第１の金属層、第２の金属層及び第３の金属層で構成された複数の接合層を介して前記基板と接続されており、
前記複数の接合層は、前記複数の基台と対向する位置に、離間して設けられており、
前記複数の基台の表面とは反対側の基台底面と、前記基板の表面とは反対側の基板底面とは、略同一平面上に設けられている集積光学装置。
続きを表示（約 1,000 文字）【請求項２】
前記複数の基台は、第１乃至第３の外面を有し、
前記第１の外面は前記基台の表面であり、
前記複数の光半導体素子は、前記基台の前記第１の外面に実装され、
前記複数の光半導体素子は前記光導波路と光結合するように配置され、
前記複数の基台の前記第２の外面は金属層を介して前記基板の側面に接続され、
前記複数の基台の前記第３の外面の少なくとも一部は、粗面化領域を有することを特徴とする請求項１に記載の集積光学装置。
【請求項３】
前記粗面化領域の表面粗さは前記第１の外面及び第２の外面の表面粗さよりも大きい、請求項２に記載の集積光学装置。
【請求項４】
前記粗面化領域の最大断面高さ（Ｒｔ）が５μｍ以上５０μｍ以下である、請求項２に記載の集積光学装置。
【請求項５】
前記複数の基台は略直方体であり、
前記第１の外面は、前記基台の上面であり、
前記第２の外面は、前記基台の第１側面であり、
前記第３の外面は、前記第１側面と向かい合う第２側面と、前記第１側面及び前記第２側面の各々と隣接し互いに対向する第３側面及び第４側面と、前記上面と向かい合う前記基台底面を含む、請求項２に記載の集積光学装置。
【請求項６】
前記粗面化領域は、前記第３側面及び前記第４側面に設けられており、
前記第２側面及び前記基台底面は、前記粗面化領域が設けられていない平滑面である、請求項５に記載の集積光学装置。
【請求項７】
前記粗面化領域は、前記第３側面及び前記第４側面の全面に設けられている、請求項６に記載の集積光学装置。
【請求項８】
前記粗面化領域は、前記上面と前記基台底面との中間位置よりも前記基台底面寄りの下部領域に設けられている、請求項５に記載の集積光学装置。
【請求項９】
前記複数の光半導体素子は、赤色光を出力する第１光半導体素子と、緑色光を出力する第２光半導体素子と、青色光を出力する第３光半導体素子を有する、請求項１～８のいずれか一項に記載の集積光学装置。
【請求項１０】
前記複数の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１～９のいずれか一項に記載の集積光学装置。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、集積光学装置、これを用いた集積光学モジュール、及び集積光学装置の製造方法に関する。
本願は、２０２０年１月２１日に、日本に出願された特願２０２０－００７２０５号、および２０２０年３月２６日に日本に出願された特願２０２０－０５６０３２号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
続きを表示（約 1,600 文字）【背景技術】
【０００２】
データトラフィックの増加に伴い、光通信システムやそれらを活用した身の回りの様々な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】
光通信システムにおいては、シリコンフォトニクスの技術検討が進められている。これは、シリコン導波路へ発光素子や受光素子などを集積させるものである。
また身の回りもウェアラブルデバイスや小型プロジェクタなど、多機能かつ持ち歩きが可能なデバイスのために、小型な光モジュールが求められている。
【０００４】
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、筐体内にレーザーダイオード（ＬａｓｅｒＤｉｏｄｅ：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集積された光モジュールが開示されている。
【０００５】
こうした特許文献１の光モジュールでは、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経て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、全反射用波長分離用フィルタにより互いに分離される。分離された後の波長１．５５μｍの光は、全反射用波長フィルタにより折り返され、結合レンズによりフォトダイオードに入射する。分離された後の波長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。
【０００６】
また、特許文献２には、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波長合分波器に、波長選択フィルタ及びミラーの配置に合わせて所定の波長を有する光を複数入射させ、波長合分波器で合波可能な光送受信モジュールが開示されている。
【０００７】
特許文献１，２のようにミラーやレンズを用いた集積化とは別の構造として、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、半導体導波路を有して第１の基板上に搭載された半導体チップと、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。
【０００８】
特許文献４のハイブリッド集積光モジュールでは、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間している。また、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。
【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。これに対して、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、自由空間光学系に比べると小型化を図りやすい。
（【００１１】以降は省略されています）

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