CN103931063B - 光集成设备 - Google Patents

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Abstract

提供一种能够不对基板上搭载的部件进行加热、高精度且高集成度地安装的光集成设备。光集成设备的特征在于，具有：基板；与第一元件光学地结合的光学元件；以及层叠于光学元件或第二元件的电子元件，光学元件采用表面活性化接合技术通过在基板上形成的由金属材料构成的第一接合部与基板接合，电子元件采用表面活性化接合技术通过在光学元件或第二元件上形成的由金属材料构成的第二接合部与光学元件或第二元件接合。

Description

光集成设备
技术领域
本发明涉及一种作为激光光源被使用于各种各样的装置的、例如使用于光通信或小型投影仪的光集成设备，尤其涉及光学元件和电子元件被混合搭载于同一个基板上的光集成设备。
背景技术
以往，已知有激光元件等光学元件和IC等电子元件被混合搭载于同一基板上的模块(例如，参照下述的专利文献1)。专利文献1中记载的模块是光学元件和控制光学元件的电子元件被安装在由硅等构成的基板上的模块。在基板上形成有与光学元件光耦合并且将光导出至外部的光波导。
在专利文献1中记载的模块中，光学元件以及电子元件通过倒装芯片安装被安装于基板。即，光学元件以及电子元件的下表面形成有凸块，使凸块与基板的电极等接触，通过加压加热进行金属接合以实施安装。
又，已知有通过表面活性化接合法将激光元件等光学元件相对于基板接合的技术(例如，参照下述的专利文献2)。表面活性化接合法是通过等离子体处理等去除覆盖物质表面的氧化膜·污垢物等非活性层并使其活性化，使表面能量高的原子相互接触，从而利用原子之间的黏着力以低温进行接合的方法。
进一步地，已知有为了提高半导体装置的集成度，用焊锡凸块将半导体芯片层叠的层叠型半导体装置(例如，参照专利文献3)。在专利文献3中记载的半导体装置中，在各半导体芯片上形成有硅穿孔，利用该硅穿孔和焊锡凸块，层叠的半导体芯片就被相互电连接。
现有技术文献
专利文献
专利文献1日本特开2007-72206号公报
专利文献2日本特开2005-311298号公报
专利文献3日本特开2010-56139号公报
发明内容
但是，在上述结构的集成设备中，由于为了得到高性能的集成设备，将由不同材料构成的功能元件搭载于基板，因此在形成了光波导的搭载基板上，会产生由受热历程引起的变形的累积。这样一来，由于由变形的累积导致的光轴偏差等，就无法使搭载在基板上的光学元件和在基板上形成的光波导正确地光耦合。特别是，工序数随着混合搭载的光学元件或电子元件的数量的增加而增加的话，则搭载基板的由受热历程导致的变形的累积就变多，就无法使搭载在基板上的光学元件和在基板上形成的光波导正确地光耦合。即，为了使光学元件和光波导正确地光耦合，需要以亚微米的精度对光学元件和光波导进行位置对准，进行这样的位置对准是困难的。
如专利文献1所记载的那样，在通过倒装芯片安装对光学元件以及电子元件进行了安装的情况下，由于光学元件、电子元件以及基板被加热，因此会产生由于各构件的热膨胀系数的差异，各构件相互产生的位置偏差的不好的状况。
在对电子元件进行倒装芯片安装后，像专利文献2所记载的那样用表面活性化接合技术使光学元件接合的情况下，也会有如下的不好的状况：由于在电子元件安装时基板被高温加热，基板上会产生弯曲，对用表面活性化接合技术使光学元件接合时的位置精度产生了不好的影响。
在为了提高设备的集成度，像专利文献3所记载的那样使用焊锡凸块对具有硅穿孔的各元件进行三维安装的情况下，由于采用回流焊方式的焊锡工序等，各元件以及基板被高温加热，因此也会有同样的不好的情况。如上所述，以往，高精度并且高集成度地对具有光学元件的设备进行安装是困难的。
本发明的目的在于，提供一种能够消除上述的不好的情况的光集成设备。
又，本发明的目的在于，提供一种能够不对基板上搭载的部件高温加热、且能够高精度并且高集成度地进行安装的光集成设备。
光集成设备的特征在于，具有：基板；与第一元件光学地结合的光学元件；以及层叠于光学元件或第二元件的电子元件，光学元件采用表面活性化接合技术通过在基板上形成的由金属材料构成的第一接合部与基板接合，电子元件采用表面活性化接合技术通过在光学元件或第二元件上形成的由金属材料构成的第二接合部与光学元件或第二元件接合。
光集成设备优选为：第一元件是激光元件，光学元件是对激光元件的激光进行波长转换并出射的波长转换元件。
光集成设备优选为：电子元件是进行波长转换元件的温度控制的温度控制用IC，温度控制用IC采用表面活性化接合技术通过在波长转换元件上形成的第二接合部与波长转换元件接合。
光集成设备优选为：电子元件是进行电处理的第一IC，第二元件是进行其他电处理的第二IC，第一IC采用表面活性化接合技术通过在第二IC上形成的第二接合部与第二IC接合。
光集成设备优选为：第一元件是激光元件，光学元件是对激光元件的激光进行波长转换并出射的波长转换元件，第一IC是用于驱动激光元件的驱动器IC，第二IC是进行波长转换元件的温度控制的温度控制用IC。
光集成设备优选为：第一元件是激光元件，光学元件是对所述激光元件的激光进行波长转换并出射的波长转换元件，所述光集成设备还具有在激光元件和基板之间配置的垫片。
光集成设备优选为：在垫片的上表面形成有用于接合激光元件的由Au构成的微凸块结构，以及用于将来自垫片的上部的加压力均匀化的由Au构成的整体图案。
光集成设备优选为：第一接合部以及第二接合部具有由Au构成的微凸块结构。
光集成设备优选为：利用表面化接合技术的接合兼备所述电子元件与所述基板之间的电连接和定位粘合。
在光集成设备中，全部的元件采用表面活性化接合技术通过由金属材料构成的接合部被接合，并且，各元件中的至少两个采用表面活性化接合技术被互相层叠。由此，就能够不像现有技术那样对搭载在基板上的各元件进行高温加热，能够高精度且高集成度地进行安装。
附图说明
图1是光层叠设备1的外观图。
图2是图1的AA'剖面图。
图3(a)是用于对Si平台10和波长转换元件30的接合进行说明的立体图。
图3(b)是用于对Si平台10和波长转换元件30的接合进行说明的侧视图。
图4(a)是用于对其他光集成设备2的外观进行说明的立体图。
图4(b)是用于对其他光集成设备2的、采用密封材料对层叠接合了的裸片的电子元件进行了密封的结构进行说明的立体图。
图5是图4(b)的BB'剖面图。
图6是另一其他光集成设备3的剖面图。
图7是用于对LD元件25的接合进行说明的图。
图8(a)是用于对LD元件25的接合的步骤进行说明的图(1)。
图8(b)是用于对LD元件25的接合的步骤进行说明的图(2)。
图8(c)是用于对LD元件25的接合的步骤进行说明的图(3)。
图9(a)是用于对Si垫片50上的接合部进行说明的图(1)。
图9(b)是用于对Si垫片50上的接合部进行说明的图(2)。
具体实施方式
下面参照附图，对光集成设备进行说明。但是，本发明的技术范围不仅限于该实施形态，需要留意权利要求书中记载的发明和与其均等的发明所涉及的点。另外，以下，以混合搭载有将来自LD元件的入射光转换为二次谐波的波长转换元件和电子元件的光集成设备等为例进行说明。
图1是光层叠设备1的外观图，图2是图1的AA'剖面图。
如图1所示，在光集成设备1的硅基板10(以下记为Si平台)的上表面，由GaAs、GaN等材质构成的激光元件20(以下记为LD)以及具有铌酸锂(PPLN、LiNbO3)的波导的波长转换元件30的光学元件被定位并接合。在波长转换元件30上，层叠并接合有温度控制用的IC40。在光层叠设备1中混合搭载有光学元件以及电子元件，形成提高了集成度的混合型光·电集成电路。Si平台10在硅基板上形成有布线图案、连接盘(ランド)、逻辑LSI、温度传感器等，还形成有成为光布线·回路的波导等。
LD元件20以及温度控制用IC40被构成为，分别通过接合线201以及401与Si平台10电连接，能够接收电力的供给。LD元件20以及波长转换元件30被与光轴对准地配置，以使LD元件20的出射光以亚微米的高精度与波长转换元件30的光波导的入射口一致。
对光集成设备1的动作的概要进行说明。LD元件20通过接合线201从Si平台10接收到驱动电力的供给的话，就会发出波长1064nm的红外光L1。波长转换元件30在光波导的内部将入射到其光波导的入射口的红外光L1转换为高次谐波并作为绿色激光L2发射出。另外，上述的LD元件20以及波长转换元件30是一个实例，也可以利用其它元件或与其他元件的组合。即，光集成设备1通过变更LD元件20和波长转换元件30的组合，能够发出各种颜色的激光。
直接层叠接合在波长转换元件30上的温度控制用IC40具有加热器和温度传感器。温度控制用IC40通过接合线401从Si平台10接收驱动电力的供给，进行温度控制(电处理)，以将波长转换元件30的温度保持在40℃±10℃左右。通过温度控制，波长转换元件30就能够维持高次谐波的高转换效率和稳定的高次谐波的激光输出。
由于将温度控制用IC40三维安装在波长转换元件30上，因此能够直接进行波长转换元件的温度控制，并且提高集成度，实现光集成设备1的小型化。
如图2所示的那样，在Si平台10的上表面形成有氧化硅膜101。氧化硅膜101作为绝缘膜对电子元件能够电连接的除连接盘部区域以外的布线图案等进行绝缘。在Si平台10上的接合LD元件20的区域形成有由微凸块511构成的接合部501，所述微凸块511由Au构成。在LD元件20的下表面形成有Au膜601。由Au构成的微凸块511和LD元件20的Au膜601通过表面活性化接合技术被接合。
对于波长转换元件30，形成于Si平台10的由Au构成的微凸块512(接合部502)和形成于波长转换元件30的下表面的Au膜602通过表面活性化接合技术被接合。接合部502不在波长转换元件30的下表面整个面接合。如果在光波导的附近存在Au等金属材料，则会对光波导的特性产生不好的影响，因此波长转换元件30和Si平台10至少沿着光波导的长度方向在去除了光波导的宽度的部分接合。
温度控制用IC40的向波长转换元件30的接合是层叠接合，提高集成度，进一步地，用具有加热器、温度传感器的温度控制用IC40直接对波长转换元件的温度进行控制。在波长转换元件30上的温度控制用IC40的接合区域形成有由微凸块513构成的接合部503，所述微凸块513由Au构成。由Au构成的微凸块513和形成于温度控制用IC40的下表面的Au膜603通过表面活性化接合技术被接合。
由于上述的表面活性化接合技术中的接合温度最高为150℃的常温水平，因此被要求极高光轴对准精度的LD元件20和波长转换元件30的接合不会产生位置偏差。该接合之后，即使进行层叠温度控制用IC40的接合，LD元件20和波长转换元件30也不会因热量而产生位置偏差，也不会产生由向各元件的热应力导致的性能劣化等问题。
图3(a)是用于对Si平台10和波长转换元件30的接合进行说明的立体图，图3(b)是用于对Si平台10和波长转换元件30的接合进行说明的侧视图。在图3(a)以及图3(b)中，相同的结构采用相同的序号，省略重复的说明。
如图3(a)以及图3(b)的各个上图所示的那样，Si平台10的上表面的接合部502具有形成有多个圆柱状的微凸块512的微凸块结构，所述微凸块512由Au构成。例如，微凸块512的形状是直径为φ5μm以及高度为2μm，微凸块512的间距是10～25μm。另一方面，在波长转换元件30的下表面，即在与Si平台10接合的面，形成有Au膜602。
首先，将Si平台10以及波长转换元件30配置在6～8Pa水平的真空下，使用氩等离子体进行表面活性化处理，去除覆盖波长转换元件30的Au膜602以及Si平台10的微凸块512的表面的氧化膜、污垢物(灰尘)等非活性层。
接下来，如图3(a)以及图3(b)的各个下图所示的那样，将波长转换元件30载置于Si平台10，在150℃以下的常温大气中施加负荷C进行加压(例如，5～10Kgf/mm2)。微凸块512根据负重向厚度方向稍稍崩溃变形，但是通过Au原子的共价键，Si平台10和波长转换元件30被可靠地接合。
这样一来，利用表面活性化接合技术的接合的加热温度是150℃以下的常温水平，即使对光学元件或电子元件等部件进行层叠接合，也不会产生由热膨胀系数差的残留应力导致的部件破坏或由热应力导致的性能劣化、位置偏差等问题。
图4(a)是用于对其他的光集成设备2的外观进行说明的立体图，图4(b)是用于对光集成设备2的、采用密封材料对层叠接合了的裸片的电子元件进行了密封的结构进行说明的立体图。图5是图4(b)的BB'剖面图。
其他的光层叠设备2与单色的光集成设备1不同，是能够发出三种颜色的光的、使用于例如小型投影仪等的三原色发光的光集成设备。
如图4(a)所示的那样，光集成设备2与光集成设备1一样，在Si平台11上混合搭载有光学元件和电子元件的各种部件。在Si平台11上形成有CPU以及存储器等CMOS·LSI(集成电路)、布线图案、连接盘、温度传感器以及加热器等作为电结构。又，在Si平台11上形成有构成光回路的波导112作为光学结构，所述光回路对分别从波长转换元件31、32以及33输出的RGB的光进行合波并引导至端口111。
在Si平台11上配置有LD元件21、LD元件22以及LD元件23这三个LD元件。从LD元件21～23发出的三束激光在各自分别对应的三个波长转换元件31～33中被转换为对应于光的三原色的R、G、B的光。但是，R的系统也可以采用不配置波长转换元件31，将从LD元件21发出的R成分的光直接射出的结构。
在光层叠设备2中，在Si平台11上配置接合有驱动器IC4作为进行电处理的多个IC，并且在驱动器IC4上层叠有影像控制器IC42，并且还在影像控制器IC42上层叠有温度控制用IC43。由于通过层叠三种电子元件的三维安装提高了集成度，因此能够将光集成设备2小型化。
如图4(a)所示的那样，用分配器从作为露出的裸片的多个电子元件的上方浇注密封材料(例如环氧系树脂)，密封材料常温固化，形成如图4(b)所示的那样的密封件44。通过密封件44，驱动器IC41、影像控制器IC42以及温度控制用IC43的固定得到坚固，被进一步地密封保护。
从组装有光集成设备2的装置(例如小型投影仪)供给的信号通过影像控制器IC42被转换为进行了图像处理的信号。驱动器IC41根据被转换了的信号，将驱动电力供给至成为RGB光的发光源的LD元件21～LD元件23。
LD元件21～LD元件23发出基于驱动电力的激光，波长转换元件31～33将LD元件21～LD元件23的出射光波长转换为R、G、B的光并射出。从波长转换元件31～33出射的R、G、B的光在形成于Si平台11的波导112合波，从端口11射出。波长转换元件31～33通过形成于Si平台11的温度传感器以及加热器和层叠的温度控制用IC43被控制在转换效率和稳定性很好的温度范围，所述温度控制用IC43基于来自温度传感器的信号对加热器进行控制。
如图5所示的那样，Si平台11以及波长转换元件31～33与对光层叠设备1说明的一样，通过表面活性化接合技术被接合。即，在避开光波导311、321、331和其附近的区域，Si平台11上的具有微凸块512的接合部502和被设置于波长转换元件31～33的Au膜602通过表面活性化接合技术被接合。
在接合部502的Si平台11的内部形成有加热器113和未图示的温度传感器，温度控制用IC43进行温度控制，以使得波长转换元件31～33变为最优温度。
在Si平台11的上表面形成有氧化硅膜101，与光层叠设备1一样，作为绝缘膜，对电子元件能够电连接的除连接盘部114的区域以外的布线图案等进行绝缘。进一步地，氧化硅膜101与未图示的氮化硅膜一起，也形成作为光回路的波导112(图4参照)。
被三维安装在Si平台11上的驱动器IC41、影像控制器IC42以及温度控制用IC43分别具有使多个芯片相互之间能够电连接的硅穿孔(Through Si Via)。
在Si平台11上的、驱动器IC41的搭载区域的连接盘部114形成有多个接合部504，在各个接合部504形成有由Au构成的微凸块514。在驱动器IC41的下表面的电极位置以及硅穿孔处形成的Au膜604和接合部504的微凸块514通过表面活性化接合技术被接合。Si平台11与驱动器IC41的接合兼备电连接和定位固定双方。
驱动器IC41与影像控制器IC42的接合也一样。即，在驱动器IC41上，在影像控制器IC42的搭载区域的电极部(未图示)形成有多个接合部505，在各接合部505形成有由Au构成的微凸块515。在影像控制器IC42的下表面的电极位置以及硅穿孔615处形成的Au膜605和接合部505的微凸块515通过表面活性化接合技术被接合。驱动器IC41和影像控制器IC42的接合兼备电连接和定位粘合双方。
影像控制器IC42与温度控制用IC43的接合也一样。即，在影像控制器IC42上形成有多个兼带电极的接合部506，在各接合部506形成有由Au构成的微凸块516。在温度控制用IC43的下表面的电极位置形成的Au膜606和接合部506的微凸块516通过表面活性化接合技术被接合。影像控制器ICIC42与温度控制用IC43的接合兼备电连接和定位粘合双方。
由于多个电子元件在层叠接合后是露出的裸片，因此通过密封件44使多个电子元件的固定变得坚固，并进行密封保护。另外，也可以省略影像控制器IC42，通过表面活性化接合技术将驱动器IC41和温度控制用IC43接合。
利用表面活性化接合技术进行的电子元件向Si平台11的接合的加热温度接近于常温。因此，以亚微米的精度进行LD元件以及波长转换元件的光轴对准并且向Si平台11接合后，即使对电子元件进行层叠接合(三维安装)，也不会产生光学元件之间的位置偏差、由热膨胀系数差的残留应力导致的光学元件的破坏、由热应力导致的光学元件的性能劣化等问题。
即使将接合工序顺序反过来，先进行电子元件的层叠接合(三维安装)的工序，通过靠近常温的表面活性化接合技术的接合，基板的Si平台11的歪斜、变形也几乎没有。因此，以亚微米的精度进行LD元件以及波长转换元件的光轴对准，进行向Si平台11的接合就变得可能。
图6是另一其他光集成设备3的剖面图。
光层叠设备3与光集成设备1一样，是发出单色光的光集成设备。在光层叠设备3中，使用带盖的波长转换元件60代替光集成设备1中示出的波长转换元件30。带盖的波长转换元件60由波长转换元件部分61和盖部分62构成，在波长转换元件部分61以及盖部分62的边界部分形成有光波导。另外，在光层叠设备3中，对与光层叠设备1相同结构采用相同的序号，省略其说明。
由于使用了带盖的波长转换元件60，因此光波导的位置从基板的Si平台10的表面移动到了表面上方(例如，移动0.5mm左右)，因此需要将从LD元件25照射激光的照射位置移动到Si平台10的表面上方。因此，在光集成设备3中，采用了在Si平台10上配置高度调整用的Si垫片50，在Si垫片50上层叠LD元件25的结构。在光层叠设备3中，以亚微米的精度进行层叠在Si垫片50上的LD元件25和带盖的波长转换元件60的光学位置对准。
对光集成设备3的动作的概要进行说明。层叠在Si垫片50上的LD元件25通过接合线(未图示)直接从Si平台10接收到驱动电力的供给的话，就会发出波长1064nm的红外光L1。带盖的波长转换元件60在光波导的内部将入射到该光波导的入射口的红外光L1转换为高次谐波并作为绿色激光L2发射出。另外，上述的LD元件25以及带盖的波长转换元件60是一个实例，也可以利用其他元件或与其他元件的组合。即，光集成设备3通过变更LD元件25和带盖的波长转换元件60的组合，能够发出各种颜色的激光。
如图6所示的那样，在Si平台10的上表面形成有氧化硅膜101。氧化硅膜101作为绝缘膜对电子元件能够电连接的除连接盘部区域以外的布线图案等进行绝缘。在Si平台10上的接合Si垫片50的区域形成有由微凸块563构成的接合部553，所述微凸块563由Au构成。在Si垫片50的下表面形成有Au膜653。由Au构成的微凸块563和Si垫片50的Au膜653通过表面活性化接合技术被接合。
形成于Si平台10的由Au构成的微凸块562(接合部552)和形成于带盖的波长转换元件60的下表面的Au膜652通过表面活性化接合技术被接合。在带盖的波长转换元件60中，由于波长转换元件部分61和盖部分62的边界形成有光波导，因此与光集成设备1不同，在带盖的波长转换元件60的下表面整个面与Si平台10接合。
LD元件25的向Si垫片50的接合是层叠接合。在Si垫片50上的LD元件25的接合区域形成有由微凸块561构成的接合部551，所述微凸块561由Au构成。由Au构成的微凸块561和形成于LD元件25的下表面的Au膜651通过表面活性化接合技术被接合。另外，Si垫片50以及Si平台10的接合与Si垫片50以及LD元件25的接合都是利用表面活性化接合技术的接合。因此，LD元件25的与Si平台10的表面上方(高度方向)相关的位置精度也能被维持得较高。
温度控制用IC40的向带盖的波长转换元件60的接合是层叠接合，提高集成度，进一步地，用具有加热器、温度传感器的温度控制用IC40直接对波长转换元件的温度进行控制。在带盖的波长转换元件60上的温度控制用IC40的接合区域形成有由微凸块513构成的接合部503，所述微凸块513由Au构成。由Au构成的微凸块513和形成于温度控制用IC40的下表面的Au膜603通过表面活性化接合技术被接合。
由于上述的表面活性化接合技术中的接合温度最高为150℃的常温水平，因此被要求极高光轴对准精度的Si垫片50和带盖的波长转换元件60的接合不会产生位置偏差。该接合之后，即使进行层叠LD元件20的接合以及层叠温度控制用IC40的接合，LD元件20和带盖的波长转换元件60也不会因热量而产生位置偏差，也不会产生由向各元件的热应力导致的性能劣化等问题。
另外，在光集成设备3中，也可以像光集成设备2那样，为了发出R、G、B光，在一个Si平台上接合三个光集成设备3。
图7是用于对LD元件25的接合进行说明的图。
在接合LD元件25的情况下，考虑预先向Si垫片50上层叠接合LD元件25，将接合有LD元件25和Si垫片50的部件接合在Si平台10上。图7是示出上述那样的状况的示意图。
LD元件25在自Si垫片50的中心偏移了的状态下被接合在Si垫片50上(参照图9(a))。这是为了使LD元件25靠近波长转换元件60，以及为了使从LD元件25出射的光不和Si垫片50发生干涉，而使LD25的发光面从Si垫片50的端面向着外侧稍许突出。因此，在将预先接合有LD元件25和Si垫片50的部件向Si平台10上接合的情况下，可能会产生不好的情况。如前所述，为了将Si垫片50和形成在Si平台10上的微凸块563接合，需要用加压用头700(参照图8(a))从Si垫片50的上部加压。然而，由于LD元件25的在Si垫片50上的配置位置，施加在Si平台10上的加压力因位置的不同而不同。例如，在图7的情况下，加压力C1是比加压力C2低的值。如果施加于Si垫片50的负荷不均匀的话，Si垫片50和Si平台10的接合就可能会产生不好的情况。
图8(a)～图8(b)是用于对LD元件25的接合的步骤进行说明的图。
如图8(a)所示的那样，在形成于接合部553的由Au构成的微凸块563上，利用安装装置等放置Si垫片50。在Si垫片50的下表面形成有Au膜653，在Si垫片的上表面形成有在接合部551形成的由Au构成的微凸块561以及由Au构成的整体图案(ベタパタ一ン)565(参照图9(b))。
接下来，采用加压用头700从上部对Si垫片50加压，使得由Au构成的微凸块563和Au膜653通过表面活性化接合技术被接合。由于加压用头700的下表面由玻璃构成，因此不和在Si垫片的上表面形成的微凸块561以及整体图案565等接合。进一步地，微凸块561以及整体图案565等被形成为具有相同高度并且被配置于Si垫片50的上表面整体(参照图9(b))。因此，即使加压用头700从Si垫片50的上部加压，由于相对于Si垫片50施加均匀的负荷，因此Si垫片50和Si平台10的接合不会产生不好的情况。即，采用图8(a)中示出的步骤的话，就不会产生使用图7说明的不好的情况。
图9(a)是用于对图7中示出的Si垫片50的上表面进行说明的示意图，图9(b)是用于对图8(a)中示出的Si垫片50的上表面进行说明的示意图。在图9(a)以及图9(b)中，各图的上图表示Si垫片50和加压用头700的关系，各图的下图是Si垫片50的上表面图。
如在图7中所说明的那样，在LD元件25接合在自Si垫片50的中心偏移了的位置的情况下，通过加压用头700从Si垫片50向Si平台10(未图示)施加的加压力因位置的不同而不同。由于加压力的差异，Si垫片50和Si平台10的接合可能产生不好的情况。因此，将Si垫片50接合于Si平台10之后，接下来，考虑将LD元件25接合在Si垫片50上。
然而，如图9(a)所示的那样，在Si垫片50上,仅在用虚线示出的LD元件25被接合的部分形成有微凸块561。因此，在事先安装Si垫片50的情况下，用加压用头700从Si垫片50的上部加压的话，就会有可能将微凸块561压碎，在安装LD元件25时无法利用微凸块561。
在图9(b)示出的例子中，在Si垫片50的上表面不仅形成有微凸块561，还形成有由Au构成的整体图案565、567以及568。由于微凸块561的高度被形成为与整体图案565、567以及568的高度相同，因此加压用头700的加压力被均等地施加于Si垫片50。因此，在安装Si垫片50时，将微凸块561压碎这种不好的情况发生的可能性很低。
又，由Au构成的整体图案565、567以及568可以和由Au构成的微凸块561同时形成(利用蒸镀的Au薄膜形成工序以及蚀刻板处理工序)，不需要追加制造工序。另外，图9(b)中示出的整体图案是一个实例，根据微凸块561的形成部位被适当决定，所述微凸块561的形成部位是根据被接合的LD元件25的大小以及位置形成的。又，只要加压用头700的加压力大致均匀的话，就不一定需要在三个部位设置整体图案，在一个或两个部位设置也可以。
如图8(b)所示的那样，将Si垫片50接合到Si平台10上后，接下来，在形成于接合部551的由Au构成的微凸块561上通过安装装置等放置LD元件25。在LD元件25的下表面形成有Au膜651。
如图8(c)所示的那样，采用加压用头700从上部对LD元件25加压，使得由Au构成的微凸块561和Au膜651通过表面活性化接合技术被接合。由于LD元件25被配置在由Au构成的微凸块561上，而不是配置在整体图案565～568上，因此被设置在Si垫片50的上表面的整体图案565～568在LD元件25和Si垫片50的接合时不产生影响。
在图8(c)的步骤之后，通过对光集成设备1说明过的步骤，进行带盖的波长转换元件60以及温度控制用IC40的接合，完成光集成设备3。
如前所述的那样，根据光集成设备1～3，通过用表面活性化接合技术对作为材质不同的部件的光学元件和电子元件全部进行接合，能够以低温、简单地进行层叠装载。由此，就能够抑制基板的歪斜，即使对于光学元件和电子元件那样的热膨胀系数的差很大的部件，也不用担心受热历程，能够将其高精度地安装在同一基板上。
进一步地，能够将性能不同的光学元件和电子元件混合搭载在同一基板上，由此，能够提高光集成设备具有的性能，减少使用了光集成设备的装置的基板的数量，因此可以谋求装置整体的小型化、低成本化以及可靠性的提高。
如前所述的那样，在光集成设备1～3中，具有激光元件以及波长转换元件作为光学元件。然而，其不限定于此，可以使用棱镜、透镜、反射镜、光束整形器、衍射光栅、合波器、过滤器以及干涉元件等作为光学元件，也可以做成通过由能够适度地变形且导电性良好的金属材料(例如Au、Cu或者In)构成的接合部采用表面活性化接合技术对这些光学元件进行接合的结构。

Claims (5)

1.一种光集成设备，其特征在于，具有：
基板；
配置于所述基板上的垫片；
与直接层叠于所述垫片的上表面的第一元件光学地结合的光学元件；以及
层叠于所述光学元件且热膨胀系数与所述光学元件的热膨胀系数不同的电子元件，
所述第一元件采用表面活性化接合技术通过形成于所述垫片的上表面的由Au构成的微凸块结构接合在自所述垫片的中心偏离了的位置，
所述电子元件采用表面活性化接合技术通过在所述光学元件上形成的由金属材料构成的第二接合部与所述光学元件接合，
在形成所述微凸块结构以外的所述垫片的上表面的区域，形成有使来自所述垫片的上部的加压力均匀化的由Au构成的整体图案。
2.如权利要求1所记载的光集成设备，其特征在于，
所述第一元件是激光元件，所述光学元件是对所述激光元件的激光进行波长转换并出射的波长转换元件。
3.如权利要求2所记载的光集成设备，其特征在于，
所述电子元件是进行所述波长转换元件的温度控制的温度控制用IC，
所述温度控制用IC采用表面活性化接合技术通过在所述波长转换元件上形成的所述第二接合部与所述波长转换元件接合。
4.如权利要求1～3中的任一项所记载的光集成设备，其特征在于，
所述第二接合部具有由Au构成的微凸块结构。
5.如权利要求1～3中的任一项所记载的光集成设备，其特征在于，
利用所述表面化接合技术的接合兼备所述电子元件与所述基板之间的电连接和定位粘合。
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Granted publication date: 20170419

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