CN110474231B - 发光元件模块、量子干涉装置、原子振荡器及电子设备 - Google Patents

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Abstract

发光元件模块、量子干涉装置、原子振荡器及电子设备。发光元件模块具有：温度调节元件，具有设置面；第1金属层，配置在设置面；发光元件，配置在第1金属层；第1中继部件，配置在第1金属层；第1布线层，配置在第1中继部件的与对置于设置面的面相反一侧的面；第2金属层，配置在第1中继部件的对置于设置面的面；接合材料，配置在第1金属层与第2金属层之间；第1外部端子；第1元件侧布线，使发光元件与第1布线层电连接；第1端子侧布线，使第1外部端子与第1布线层电连接，第1布线层的面积小于第1金属层与第1中继部件重合的区域的面积、小于第2金属层与第1中继部件重合的区域的面积、小于接合材料与第1中继部件重合的区域的面积。

Description

发光元件模块、量子干涉装置、原子振荡器及电子设备
本申请是申请日为2014年12月16日、申请号为201410784702.3、发明名称为“发光元件模块、量子干涉装置、原子振荡器、电子设备及移动体”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及发光元件模块、量子干涉装置、原子振荡器及电子设备。
背景技术
公知有利用温度调节元件对发光元件进行温度调节的发光元件模块(例如，参照专利文献1)。这样的发光元件模块被用于需要高精度地控制发光元件的发光状态的设备中，例如基于铷、铯等碱金属的原子的能量跃迁进行振荡的原子振荡器。
例如，专利文献1所述的发光元件模块具有帕尔贴元件(温度调节元件)和安装在帕尔贴元件上的半导体激光器(发光元件)，并将它们收纳在封装内。此外，在专利文献1所述的发光元件模块中，在帕尔贴元件上配置有绝缘部件，使发光元件上的电极与封装上的电极电连接的布线的中途与该绝缘部件上的焊盘连接。由此，对该布线也进行温度调节，从而能够高精度地对发光元件进行温度调节。
但是，在专利文献1所述的发光元件模块中，在绝缘部件上的电极与帕尔贴元件上的金属层之间会产生较大的静电电容，因此，在使用高频信号作为发光元件的驱动信号的情况下，存在驱动信号的损耗较大这样的问题。例如，在利用了基于波长不同的两种光的量子干涉效应(CPT：Coherent Population Trapping)的方式的原子振荡器中，通常使用高频信号作为驱动信号，从1个半导体激光器射出波长不同的两种光，因此会产生该问题。
专利文献1：日本特开2013-162031号公报
发明内容
本发明的目的在于，提供一种发光元件模块，其能够降低发光元件的温度变动，而且，即便使用高频信号作为发光元件的驱动信号，也能够降低该驱动信号的损耗，此外，提供具备该发光元件模块的具有优异的可靠性的量子干涉装置、原子振荡器、电子设备以及移动体。
本发明是为了解决上述问题的至少一部分而完成的，可以作为以下的方式或者应用例来实现。
[应用例1]
本发明的发光元件模块的特征在于，该发光元件模块具有：
温度调节部，其具有被进行温度调节的温度调节面；
发光元件，其配置在所述温度调节面上；
金属层，其配置在所述温度调节面上；
中继部件，其隔着所述金属层配置在所述温度调节面上；
布线层，其配置在所述中继部件的与所述温度调节面相反一侧的面上；
元件侧布线，其使所述发光元件与所述布线层电连接；
外部端子；以及
端子侧布线，其使所述外部端子与所述布线层电连接，
在从所述金属层和所述布线层排列的方向进行观察的俯视时，所述布线层的面积小于所述金属层与所述中继部件重合的区域。
根据这样的发光元件模块，在使发光元件与外部端子电连接的布线的中途(元件侧布线与端子侧布线之间)存在利用温度调节面进行温度调节的中继部件上的布线层，因此，能够使该布线的温度变动降低，使发光元件的温度变动也随之降低。
而且，通过使布线层的面积小于中继部件与金属层重合的区域的面积，能够减小布线层与金属层之间的静电电容，即便使用高频信号作为提供给发光元件的驱动信号，也能够降低驱动信号的损耗。此外，能够确保中继部件的安装性。
[应用例2]
在本发明的发光元件模块中，优选的是，所述温度调节部是帕尔贴元件，
所述温度调节面是所述帕尔贴元件的发热面或吸热面。
由此，能够适当地对发光元件进行温度调节。此外，帕尔贴元件通常利用金属层来构成发热面或吸热面，在将设置有布线层的中继部件配置到发热面上或吸热面上时，与发热面或吸热面之间产生静电电容。
[应用例3]
在本发明的发光元件模块中，优选的是，所述元件侧布线和所述端子侧布线中的至少一方的布线为引线布线。
由此，利用引线键合，既能够使布线的形成比较容易，又能够使布线层与布线之间的连接所需的面积相对较小。因此，能够减小布线层的面积。
[应用例4]
在本发明的发光元件模块中，优选的是，所述端子侧布线为多条。
由此，能够减小端子侧布线的电阻，降低提供给发光元件的驱动信号的损耗。
[应用例5]
在本发明的发光元件模块中，优选的是，所述布线层具有与所述元件侧布线连接的第1端部和与所述端子侧布线连接的第2端部，并沿着所述第1端部和所述第2端部排列的方向延伸。
由此，能够减小布线层面积，并且能够确保布线层与布线之间的连接所需的面积。
[应用例6]
在本发明的发光元件模块中，优选的是，所述第2端部的宽度大于所述第1端部的宽度。
由此，能够减小布线层的面积，并且能够使多个端子侧布线与布线层的第2端部连接。
[应用例7]
在本发明的发光元件模块中，优选的是，所述布线层具有宽度从所述第2端部侧朝向所述第1端部侧连续减小的部分。
由此，能够降低提供给发光元件的高频的驱动信号在布线层中的损耗。
[应用例8]
在本发明的发光元件模块中，优选的是，所述中继部件包含陶瓷材料。
由此，能够确保中继部件的绝缘性。此外，能够使中继部件的热容量相对较大，其结果是，能够降低布线层以及元件侧布线的温度变动。此外，通过使用热传导性优异的陶瓷，能够高效地进行布线层的温度调节。
[应用例9]
在本发明的发光元件模块中，优选的是，所述布线层具有构成为含金的表层以及设置在所述表层与所述中继部件之间的衬底层。
由此，能够使利用引线键合形成的元件侧布线和端子侧布线与布线层之间的贴合性以及布线层与中继部件之间的贴合性优异。
[应用例10]
在本发明的发光元件模块中，优选的是，所述衬底层是在所述中继部件上依次层叠构成为含钛的第1层和构成为含钯的第2层而构成的。
由此，能够使布线层与中继部件之间的贴合性优异。
[应用例11]
在本发明的发光元件模块中，优选的是，所述发光元件模块具有：
温度检测元件，其配置在所述温度调节面上；
温度检测元件用中继部件，其隔着金属层配置在所述温度调节面上；
温度检测元件用布线层，其配设在所述温度检测元件用中继部件的与所述温度调节面相反一侧的面上；
温度检测元件侧布线，其使所述温度检测元件与所述温度检测元件用布线层电连接；
温度检测元件用外部端子；以及
温度检测元件用端子侧布线，其使所述温度检测元件用外部端子与所述温度检测元件用布线层电连接。
由此，在使温度检测元件与温度检测元件用外部端子电连接的布线的中途存在利用温度调节面进行温度调节的温度检测元件用中继部件上的温度检测元件用布线层，因此，能够使该布线的温度变动降低，从而使温度检测元件的温度变动也随之降低。
[应用例12]
本发明的量子干涉装置的特征在于具有本发明的发光元件模块。
由此，能够提供具有优异的可靠性的量子干涉装置。
[应用例13]
本发明的原子振荡器的特征在于具有本发明的发光元件模块。
由此，能够提供具有优异的可靠性的原子振荡器。
[应用例14]
本发明的电子设备的特征在于具有本发明的发光元件模块。
由此，能够提供具有优异的可靠性的电子设备。
[应用例15]
本发明移动体的特征在于具有本发明的发光元件模块。
由此，能够提供具有优异的可靠性的移动体。
附图说明
图1是示出本发明的实施方式的原子振荡器(量子干涉装置)的概略图。
图2是用于说明碱金属的能量状态的图。
图3是示出从光射出部射出的两种光的频率差与由光检测部检测出的光的强度之间的关系的曲线图。
图4是图1所示的原子振荡器具有的光射出部(发光元件模块)的立体图。
图5是图4所示的光射出部的剖视图。
图6是图4所示的光射出部的俯视图。
图7是图4所示的光射出部具有的中继部件的剖视图。
图8中，(a)是图7所示的中继部件的背面图，(b)是图7所示的中继部件的正面图。
图9是示出在利用了GPS卫星的定位系统中使用本发明的原子振荡器的情况下的概略结构的图。
图10是示出本发明的移动体的一例的图。
标号说明
1：原子振荡器；2：气室；3：光射出部；5：光检测部；6：加热器；7：温度传感器；8：磁场产生部；10：控制部；11：温度控制部；12：激励光控制部；13：磁场控制部；31：封装；32：温度调节元件；33：发光元件；34：温度检测元件；35：中继部件；36：中继部件；37a：连接电极；37b：连接电极；38a：连接电极；38b：连接电极；39a：连接电极；39b：连接电极；41：光学部件；42：光学部件；43：光学部件；44：光学部件；91a：布线；91b：布线；92a：布线；92b：布线；92c：布线；92d：布线；93a：布线；93b：布线；93c：布线；93d：布线；100：定位系统；200：GPS卫星；300：基站装置；301：天线；302：接收装置；303：天线；304：发送装置；311：基底；312：金属化层；313：盖；321：端子；323：金属层；352：金属层；353：布线层；354：接合材料；400：GPS接收装置；401：天线；402：卫星接收部；403：天线；404：基站接收部；1500：移动体；1501：车体；1502：车轮；3111：凹部；3112：阶梯部；3131：贯通孔；3132：窗部件；3531：第1端部；3532：第2端部；3533：部分；LL：激励光；S：收纳空间；W1：宽度；W2：宽度。
具体实施方式
以下，根据附图所示的实施方式，对本发明的发光元件模块、量子干涉装置、原子振荡器、电子设备以及移动体进行详细说明。
1.原子振荡器(量子干涉装置)
首先，对本发明的原子振荡器(具有本发明的量子干涉装置的原子振荡器)进行说明。此外，以下，对将本发明的量子干涉装置应用于原子振荡器的例子进行说明，但本发明的量子干涉装置不限于此，除了原子振荡器以外，例如还可以应用于磁传感器、量子存储器等。
图1是示出本发明的实施方式的原子振荡器(量子干涉装置)的概略图。此外，图2是用于说明碱金属的能量状态图。此外，图3是示出从光射出部射出的两种光的频率差与由光检测部检测出的光的强度之间的关系的曲线图。
图1所示的原子振荡器1是利用量子干涉效应的原子振荡器。
如图1所示，该原子振荡器1具有气室2、光射出部3(发光元件模块)、光学部件41、42、43、44、光检测部5、加热器6、温度传感器7、磁场产生部8以及控制部10。
首先，简单说明原子振荡器1的原理。
如图1所示，在原子振荡器1中，光射出部3向气室2射出激励光LL，光检测部5检测透过气室2的激励光LL。
在气室2内，封入有气体状的碱金属(金属原子)，如图2所示，碱金属具有三能级体系的能级，可得到能级不同的两个基态(基态1、2)和激发态这3个状态。此处，基态1是比基态2低的能量状态。
从光射出部3射出的激励光LL包含频率不同的两种共振光1、2，在将这两种共振光1、2照射于上述那样的气体状的碱金属时，根据共振光1的频率ω1与共振光2的频率ω2之差(ω1-ω2)，共振光1、2在碱金属中的光吸收率(透光率)发生变化。
并且，在共振光1的频率ω1与共振光2的频率ω2之差(ω1-ω2)和相当于基态1与基态2的能量差的频率ω0一致时，分别停止从基态1、2向激发态的激励。此时，共振光1、2均不被碱金属吸收而透过。这样的现象称作CPT现象或者电磁诱导透明现象(EIT：Electromagnetically Induced Transparency)。
例如，如果光射出部3将共振光1的频率ω1固定并使共振光2的频率ω2变化，则在共振光1的频率ω1与共振光2的频率ω2之差(ω1-ω2)和相当于基态1与基态2的能量差的频率ω0一致时，光检测部5的检测强度如图3所示那样陡峭地上升。这样的陡峭的信号作为EIT信号被检测出。该EIT信号具有由碱金属的种类决定的固有值。因此，通过利用这样的EIT信号，能够构成长期具有稳定的频率特性的振荡器。
以下，依次说明原子振荡器1的各部分。
[气室]
在气室2内，封入有气体状的碱金属。此外，在气室2内，还与碱金属气体一并封入有缓冲气体。此外，可根据需要，将氩、氖等的稀有气体、氮等的惰性气体作为缓冲气体与碱金属气体一并封入到气室2内。
例如，虽然没有图示，但气室2具有：具备柱状的贯通孔的主体部；以及封闭该贯通孔的两个开口的一对窗部。由此，形成封入上述那样的碱金属的内部空间。
作为构成主体部的材料，没有特别限定，可举出金属材料、树脂材料、玻璃材料、硅材料、石英等，但出于加工性以及与窗部之间的接合的观点，优选使用玻璃材料、硅材料。
这样的主体部与窗部气密接合。由此，能够使气室2的内部空间成为气密空间。
作为主体部与窗部的接合方法，可根据它们的构成材料来决定，而没有特别限定，例如可以使用基于粘接剂的接合方法、直接接合法、阳极接合法等。
此外，作为构成窗部的材料，只要对上述那样的激励光LL具有透过性，则没有特别限定，例如可举出硅材料、玻璃材料、石英等。
[光射出部]
光射出部3(发光元件模块)具有射出对气室2中的碱金属原子进行激励的激励光LL的功能。
更具体而言，光射出部3射出上述那样的频率不同的两种光(共振光1和共振光2)来作为激励光LL。
共振光1能够将气室2内的碱金属从上述基态1激励(共振)成激发态。另一方面，共振光2能够将气室2内的碱金属从上述基态2激发(共振)成激发态。
该光射出部3构成为包括垂直谐振器面发光激光器(VCSEL)等半导体激光器等的发光元件，并进行了模块化。此外，关于光射出部3的结构，后面将详细记述。
[光学部件]
多个光学部件41、42、43、44分别被设置在上述光射出部3与气室2之间的激励光LL的光路上。
此处，从光射出部3侧到气室2侧，依次配置有光学部件41、光学部件42、光学部件43、光学部件44。
光学部件41是透镜。由此，能够无浪费地向气室2照射激励光LL。
此外，光学部件41具有使激励光LL成为平行光的功能。由此，能够简单且可靠地防止激励光LL在气室2的内壁发生反射。因此，适宜产生气室2内的激励光的共振，其结果是，能够提高原子振荡器1的振荡特性。
光学部件42是偏光板。由此，能够将来自光射出部3的激励光LL的偏振调整为规定方向。
光学部件43是减光滤光器(ND滤光器)。由此，能够调整(减小)入射到气室2的激励光LL的强度。因此，即使在光射出部3的输出较大的情况下，也能够使入射到气室2的激励光成为期望的光量。在本实施方式中，利用光学部件43来调整通过了上述光学部件42的具有规定方向的偏振光的激励光LL的强度。
光学部件44是λ/4波长板。由此，能够将来自光射出部3的激励光LL从线偏振光转换为圆偏振光(右圆偏振光或者左圆偏振光)。
如后所述，在气室2内的碱金属原子因磁场产生部8的磁场而发生塞曼分裂的状态下，如果向碱金属原子照射线偏振的激励光，则由于激励光与碱金属原子的相互作用，碱金属原子均匀地分散存在于塞曼分裂后的多个能级。其结果是，由于期望的能级的碱金属原子的数量相对于其它能级的碱金属原子的数量相对地变少，因此显现期望的EIT现象的原子数减少，期望的EIT信号的强度减小，结果导致原子振荡器1的振荡特性的降低。
与此相对，如后所述，在气室2内的碱金属原子因磁场产生部8的磁场而发生塞曼分裂的状态下，如果向碱金属原子照射圆偏振光的激励光，则由于激励光与碱金属原子的相互作用，能够使碱金属原子塞曼分裂后的多个能级中的期望的能级的碱金属原子的数量相对于其它能级的碱金属原子的数量相对多。因此，显现期望的EIT现象的原子数增加，期望的EIT信号的强度增大，其结果是，能够提高原子振荡器1的振荡特性。
[光检测部]
光检测部5具有检测透过气室2内的激励光LL(共振光1、2)的强度的功能。
该光检测部5只要能够检测上述那样的激励光，则没有特别限定，例如，可以使用太阳能电池、光电二极管等光检测器(受光元件)。
[加热器]
加热器6(加热部)具有对上述气室2(更具体而言是气室2中的碱金属)进行加热的功能。由此，能够使气室2中的碱金属维持为适当浓度的气体状。
该加热器6通过通电(直流)来发热，例如包含发热电阻体。
此外，加热器6只要能够对气室2进行加热，则也可以不与气室2接触，在该情况下，将加热器6配置为经由热传导性优异的部件(例如，由金属构成的部件)与气室2连接。此外，也可以使用帕尔贴元件替代加热器6或者与加热器6并用，来对气室2进行加热。
[温度传感器]
温度传感器7检测加热器6或者气室2的温度。进而，根据该温度传感器7的检测结果，控制上述加热器6的发热量。由此，能够使气室2内的碱金属原子维持期望的温度。
该温度传感器7的设置位置没有特别限定，例如可以在加热器6上，也可以在气室2的外表面上。
温度传感器7没有特别限定，可以使用热敏电阻、热电偶等公知的各种温度传感器。
[磁场产生部]
磁场产生部8具有产生磁场的功能，该磁场使气室2内的碱金属的简并后的多个能级发生塞曼分裂。由此，通过塞曼分裂，能够扩大碱金属的简并的不同能级之间的差距，提高分辨率。其结果是，能够提高原子振荡器1的振荡频率的精度。
该磁场产生部8例如由以夹着气室2的方式配置的亥姆霍兹线圈(Helmholtzcoil)或者以覆盖气室2的方式配置的电磁线圈构成。由此，能够在气室2内产生一个方向的均匀的磁场。
此外，磁场产生部8产生的磁场是恒定磁场(直流磁场)，但是也可以叠加交变磁场。
[控制部]
控制部10具有分别控制光射出部3、加热器6以及磁场产生部8的功能。
该控制部10具有：激励光控制部12，其控制光射出部3的共振光1、2的频率；温度控制部11，其控制气室2中的碱金属的温度；以及磁场控制部13，其控制来自磁场产生部8的磁场。
激励光控制部12根据上述光检测部5的检测结果，控制从光射出部3射出的共振光1、2的频率。更具体而言，激励光控制部12控制从光射出部3射出的共振光1、2的频率，使得频率差(ω1-ω2)成为上述碱金属的固有频率ω0。
此处，虽然没有图示，但激励光控制部12具有电压控制型石英振荡器(振荡电路)，根据光检测部5的检测结果，对该电压控制型石英振荡器的振荡频率进行同步/调整，将该电压控制型石英振荡器的输出信号作为原子振荡器1的输出信号进行输出。
此外，虽然没有图示，但激励光控制部12具有使来自该电压控制型石英振荡器的输出信号频率倍增的倍增器，将由该倍增器倍增后的信号(高频信号)叠加于直流偏置电流，作为驱动信号输入到光射出部3。由此，控制电压控制型石英振荡器，使得由光检测部5检测出EIT信号，从而从电压控制型石英振荡器输出期望的频率的信号。例如，在设来自原子振荡器1的输出信号的期望的频率为f时，该倍增器的倍增率为ω0/(2×f)。由此，在电压控制型石英振荡器的振荡频率为f时，能够使用来自倍增器的信号对半导体激光器等发光元件进行调制，射出频率差(ω1-ω2)为ω0的两种光。
此外，温度控制部11根据温度传感器7的检测结果，控制对加热器6的通电。由此，能够将气室2维持在期望的温度范围内(例如，70℃左右)。
此外，磁场控制部13控制对磁场产生部8的通电，使得磁场产生部8产生的磁场恒定。
这样的控制部10例如被设置在安装于基板上的IC芯片中。
以上，对原子振荡器1的整体结构进行了简单说明，但在该原子振荡器1中，为了降低发光状态的变动，光射出部3具有的发光元件需要高精度地进行温度调节。此外，如上所述，使用高频信号作为光射出部3具有的发光元件的驱动信号，但也需要减小该驱动信号的损耗。
因此，光射出部3具有高精度地对发光元件进行温度调节且降低发光元件的驱动信号的损耗的结构。以下，对光射出部3进行详细记述。
(光射出部(发光元件模块)的详细说明)
图4是图1所示的原子振荡器具有的光射出部(发光元件模块)的立体图，图5是图4所示的光射出部的剖视图，图6是图4所示的光射出部的俯视图。此外，图7是图4所示的光射出部具有的中继部件的剖视图，图8的(a)是图7所示的中继部件的背面图，图8的(b)是图7所示的中继部件的正面图。此外，以下，为了便于说明，将图5中的上侧称作“上”，将下侧称作“下”。
如图4所示，光射出部3具有封装31和收纳在该封装31中的温度调节元件32(温度调节部)、发光元件33、温度检测元件34以及中继部件35、36。
如图5所示，封装31具有：具备朝上表面开放的凹部3111的基底311；以及封闭凹部3111的开口的盖313。由此，被盖313封闭的凹部3111的内侧作为收纳温度调节元件32、发光元件33、温度检测元件34以及中继部件35、36的收纳空间S而发挥作用。该收纳空间S优选为减压(真空)状态。由此，能够降低封装31的外部的温度变化对封装31内的发光元件33和温度检测元件34等带来的影响，降低封装31内的发光元件33和温度检测元件34等的温度变动。此外，封装31内也可以不是减压状态，此外，也可以封入氮、氦、氩等惰性气体。
作为基底311的构成材料，没有特别限定，可以使用具有绝缘性且适合于将收纳空间S设为气密空间的材料，例如氧化铝、氧化硅、氧化钛、氧化锆等氧化物类陶瓷、氮化硅、氮化铝、氮化钛等氮化物类陶瓷、碳化硅等碳化物类陶瓷等各种陶瓷等。此外，作为基底311的构成材料，可以使用与盖313相同的金属材料。
此外，基底311具有形成为比凹部3111的底面靠上侧的阶梯部3112。
如图6所示，在该阶梯部3112上设置有：与温度调节元件32电连接的一对连接电极37a、37b；与发光元件33电连接的一对连接电极38a、38b；以及与温度检测元件34电连接的一对连接电极39a、39b。虽然没有图示，但这些连接电极37a、37b、38a、38b、39a、39b(外部端子)分别经由贯通电极而与设置在基底311的下表面的外部安装电极电连接。
作为连接电极37a、37b、38a、38b、39a、39b、外部安装电极以及贯通电极的构成材料，没有特别限定，例如可以使用金(Au)、金合金、白金(Pt)、铝(Al)、铝合金、银(Ag)、银合金、铬(Cr)、铬合金、镍(Ni)、铜(Cu)、钼(Mo)、铌(Nb)、钨(W)、铁(Fe)、钛(Ti)、钴(Co)、锌(Zn)、锆(Zr)等金属材料。
此外，在基底311的上端面，设置有框状的金属化层312。该金属化层312提高了与钎料之间的贴合性。由此，能够提高基于钎料的基底311与盖313之间的接合强度。
作为金属化层312的构成材料，只要能够提高与钎料之间的贴合性，则没有特别限定，例如，可以使用在上述连接电极37a、37b、38a、38b、39a、39b等的构成材料中举出的那些金属材料。
如图5所示，盖313为平板状。此外，在盖313形成有贯通孔3131。该贯通孔3131被对激励光LL具有透过性的窗部件3132封闭。
这样的盖313使用钎料并通过与金属化层312的焊接而与基底311接合。作为该钎料，没有特别限定，例如，可以使用金钎料、银钎料等。
此外，作为盖313(窗部件3132以外的部分)的构成材料，没有特别限定，但适宜使用金属材料，其中，优选使用线膨胀系数与基底311的构成材料近似的金属材料。因此，例如，在使基底311为陶瓷基板的情况下，作为盖313的构成材料，优选使用可伐合金等合金。
此外，窗部件3132配置在从发光元件33射出的光的光路上。在本实施方式中，窗部件3132为板状。此外，窗部件3132不限于板状，例如，为了作为透镜发挥作用，也可以具有弯曲的面。
此外，作为窗部件3132的构成材料，例如可以使用玻璃材料。
在这样的封装31的基底311的凹部3111的底面上，配置有温度调节元件32。温度调节元件32例如利用粘接剂固定在基底311上。
温度调节元件32具有调节发光元件33、温度检测元件34以及中继部件35、36的温度的功能。
在本实施方式中，温度调节元件32为帕尔贴元件。该温度调节元件32具有一对表面，其中，一方为发热侧的表面(发热面)，另一方为吸热侧的表面(吸热面)。而且，该一对表面中的一方的表面(下表面)被固定于封装31的基底311，另一方的表面(上表面)是用于设置发光元件33、温度检测元件34以及中继部件35、36的设置面，构成被进行温度调节的“温度调节面”。由此，能够适当地对发光元件33进行温度调节。
作为帕尔贴元件的温度调节元件32通过控制被提供的电流的方向，能够使温度调节元件32的设置面在发热面与吸热面之间切换。因此，即使环境温度的范围变大，也能够将发光元件33等调温到期望的温度。此处，温度调节面的温度是根据发光元件33的特性而决定的，没有特别限定，例如为30℃左右。
此外，温度调节元件32不限于帕尔贴元件，例如也可以是发热电阻体(加热器)。
此外，温度调节元件32具有一对端子321，该一对端子321经由布线91a、91b与设置在封装31上的连接电极37a、37b电连接。由此，能够向一对端子321提供电力，驱动温度调节元件32。布线91a、91b分别为引线布线(bonding wire：键合引线)。
此外，温度调节元件32根据温度检测元件34的检测温度而被驱动控制。
在这样的温度调节元件32的上表面(温度调节面)，例如配置有由铝、金、银等热传导性优异的金属构成的金属层323，在该金属层323的上表面，配置有发光元件33、温度检测元件34以及中继部件35、36。由此，能够利用温度调节元件32对发光元件33、温度检测元件34以及中继部件35、36进行温度调节。
发光元件33例如为垂直谐振器面发光激光器(VCSEL)等半导体激光器。半导体激光器通过将高频信号叠加于直流偏置电流(施加调制)来使用，由此，能够射出波长不同的两种光。
此外，发光元件33具有未图示的一对端子，该一对端子中一个端子为驱动信号用端子，另一个端子为接地用端子。驱动信号用端子经由布线92a(元件侧布线)、设置在中继部件35(发光元件用中继部件)上的布线层353以及布线92b(端子侧布线)，与设置在封装31上的连接电极38a电连接。另一方面，接地用端子经由布线92c、金属层323以及布线92d，与设置在封装31上的连接电极38b电连接。
布线92a、92b、92c、92d分别为引线布线(bonding wire：键合引线)。由此，通过引线键合，使布线92a、92b、92c、92d的形成比较容易。尤其是，能够使布线层353与布线92a、92b的连接所需的面积相对较小。因此，能够减小布线层353的面积。
此外，布线92b为多条。由此，能够减小布线92b的电阻，降低提供给发光元件33的驱动信号的损耗。基于相同的观点，布线92c、92d也分别为多条。
通过这样的发光元件33与连接电极38a、38b之间的电连接，能够向发光元件33提供电力来进行驱动。此外，使发光元件33与连接电极38a、38b电连接的布线在其中途经过温度调节元件32的温度调节面上或由此被进行温度调节的部件上，因此，布线92a、92b、92c、92d也被温度调节元件32进行温度调节。因此，能够使该布线92a、92b、92c、92d的温度变动降低，使得发光元件33的温度变动也随之降低。
此处，在使发光元件33与连接电极38a电连接的布线的中途(布线92a与布线92b之间)，存在由温度调节元件32的温度调节面进行温度调节的中继部件35上的布线层353。此外，在使发光元件33与连接电极38b电连接的布线的中途(布线92c与布线92d之间)，存在由温度调节元件32的温度调节面进行温度调节的金属层323。由此，布线92a、92b、92c、92d与温度调节元件32的温度调节面热连接。
中继部件35具有绝缘性，在该中继部件35的下表面配置有金属层352，另一方面，在中继部件35的上表面(中继部件35的与温度调节面相反一侧的面)配置有布线层353。此处，中继部件35具有绝缘性，因而具有防止布线层353与温度调节元件32上的金属层323发生短路的功能。
作为该中继部件35的构成材料，只要具有绝缘性的材料即可，没有特别限定，但优选使用陶瓷材料。通过使中继部件35包含陶瓷材料，能够确保中继部件35的绝缘性。此外，能够使中继部件35的热容量相对较大，其结果是，能够降低布线层353以及布线92a、92b的温度变动。此外，通过使用热传导性优异的陶瓷，能够高效地进行布线层353的温度调节。
金属层352经由接合材料354，与金属层323接合。作为接合材料354，例如可以使用金钎料、银钎料等钎料。
该金属层352具有提高与接合材料354之间的贴合性和接合强度的功能。在本实施方式中，如图8的(a)所示，在中继部件35的下表面整个区域中设置有金属层352。由此，适当地发挥上述功能。此外，如果能够使上述功能确保所需程度，则金属层352可以仅在中继部件35的下表面的一部分进行设置。此外，只要不与布线层353发生短路，则金属层352可以具有设置在中继部件35的侧面的部分。
另一方面，布线层353使布线92a与布线92b电连接，构成使发光元件33与连接电极38a电连接的布线的一部分。
此处，在隔着中继部件35相对的金属层352与布线层353之间会产生静电电容。因此，如果该静电电容较大，则在使用高频信号作为发光元件33的驱动信号时，该驱动信号的损耗变大。此外，如上所述，作为帕尔贴元件的温度调节元件32的发热面或吸热面是由金属层323构成的，在将设置有布线层353的中继部件35配置到金属层323上时，与金属层323之间产生静电电容。此外，在接合材料354与布线层353之间，也产生静电电容。
因此，如图8的(b)所示，在中继部件35的上表面的一部分形成布线层353。因此，在从金属层352和布线层353排列的方向观察的俯视(以下，也简单称作“俯视”)时，布线层353的面积小于金属层323与中继部件35重合的区域。由此，能够减小布线层353与金属层352之间的静电电容，即便使用高频信号作为提供给发光元件33的驱动信号，也能够降低驱动信号的损耗。并且，使中继部件35的大小确保为一定程度，其结果是，能够确保中继部件35的安装性。
此外，在俯视时，布线层353的面积小于金属层323与中继部件35重合的区域和接合材料354与中继部件35重合的区域。因此，与上述布线层353与金属层352之间同样地，在布线层353与金属层323之间和布线层353与接合材料354之间，也构成为降低发光元件33的驱动信号的损耗。
此外，布线层353具有第1端部3531和第2端部3532，并呈沿着第1端部3531和第2端部3532排列的方向延伸的长条形状。而且，第1端部3531与布线92a连接，另一方面，第2端部3532与布线92b连接。根据这样的布线层353，既能够减小布线层353的面积，又能够确保布线层353与布线92a、92b的连接所需的面积。
此外，第2端部3532的宽度W2大于第1端部3531的宽度W1。由此，能够减小布线层353的面积，并且能够将多个布线92b连接到布线层353的第2端部3532。
此外，布线层353在第1端部3531和第2端部3532之间具有宽度从第2端部3532侧朝向第1端部3531侧连续减小的部分3533。由此，能够降低提供给发光元件33的高频的驱动信号在布线层353中的损耗。
此外，布线层353的长度小于同一方向上的中继部件35的上表面的长度。因此，布线层353的缘部离开中继部件35的上表面的缘部。由此，能够使布线层353不易从中继部件35剥离。并且，还能够降低布线层353的温度变动和温度分布的不均匀化。
作为这样的布线层353或金属层352的构成材料，可以使用与上述连接电极37a、37b、38a、38b、39a、39b相同的材料，但布线层353优选具有构成为含金的表层和设置在该表层与中继部件35之间的衬底层。由此，能够使利用引线键合形成的布线92a、92b与布线层353之间的贴合性以及布线层353与中继部件35之间的贴合性优异。
此处，关于在布线层353中使用的衬底层，优选在中继部件35上依次层叠构成为含钛的第1层和构成为含钯的第2层来构成。由此，能够优化布线层353与中继部件35之间的贴合性。
另一方面，温度检测元件34具有检测温度调节元件32或发光元件33的温度的功能。作为该温度检测元件34，没有特别限定，例如可以使用热敏电阻、热电耦等。
此外，温度检测元件34具有未图示的一对端子，该一对端子中的一个端子为检测信号用端子，另一个端子为接地用端子。检测信号用端子经由布线93a(温度检测元件用元件侧布线)、设置在中继部件36(温度检测元件用中继部件)上的布线层(未图示)以及布线93b(温度检测元件用端子侧布线)与设置在封装31上的连接电极39a电连接。另一方面，接地用端子经由布线93c、金属层323以及布线93d与设置在封装31上的连接电极39b电连接。
布线93a、93b、93c、93d分别为引线布线(bonding wire：键合引线)。
利用这样的温度检测元件34与连接电极39a、39b的电连接，使温度检测元件34与连接电极39a、39b电连接的布线在其中途经过温度调节元件32的温度调节面上或由此进行温度调节的部件上，因此，布线93a、93b、93c、93d也被温度调节元件32进行温度调节。因此，能够使该布线93a、93b、93c、93d的温度变动降低，使温度检测元件34的温度变动也随之降低。即，能够使温度检测元件34不易受到来自连接电极39a、39b的热的影响。因此，能够提高温度检测元件34的检测精度，其结果是，能够高精度地控制发光元件33的温度。
中继部件36可以与上述中继部件35同样地构成。不过，由于温度检测元件34不使用高频信号，因此，设置在中继部件36的上表面的布线层可以在中继部件36的上表面的整个区域中进行设置。
2.电子设备
以上说明的原子振荡器能够组装到各种电子设备中。这样的电子设备具有优异的可靠性。
以下，对本发明的电子设备进行说明。
图9是示出在利用了GPS卫星的定位系统中使用本发明的原子振荡器的情况下的概略结构的图。
图9所示的定位系统100由GPS卫星200、基站装置300以及GPS接收装置400构成。
GPS卫星200发送定位信息(GPS信号)。
基站装置300例如具有：接收装置302，其经由设置在电子基准点(GPS连续观测站)的天线301，高精度地接收来自GPS卫星200的定位信息；以及发送装置304，其经由天线303发送由该接收装置302接收到的定位信息。
此处，接收装置302是具有上述本发明的原子振荡器1来作为其基准频率振荡源的电子装置。这样的接收装置302具有优异的可靠性。此外，由接收装置302接收到的定位信息被发送装置304实时地发送。
GPS接收装置400具有：卫星接收部402，其经由天线401接收来自GPS卫星200的定位信息；以及基站接收部404，其经由天线403接收来自基站装置300的定位信息。
3.移动体
图10是示出本发明的移动体的一例的图。
在该图中，移动体1500具有车体1501和4个车轮1502，并构成为通过设置在车体1501上的未图示的动力源(发动机)来使车轮1502旋转。在这样的移动体1500中内置有原子振荡器1。
根据这样的移动体，能够发挥优异的可靠性。
此外，具有本发明的原子振荡器的电子设备不限于上述设备，例如也可以应用于：移动电话、数字照相机、喷射式喷出装置(例如喷墨打印机)、个人计算机(移动型个人计算机、笔记本型个人计算机)、电视机、摄像机、录像机、汽车导航装置、寻呼机、电子记事本(包含带通信功能的)、电子词典、计算器、电子游戏设备、文字处理器、工作站、视频电话、防盗用电视监视器、电子望远镜、POS终端、医疗设备(例如电子体温计、血压计、血糖仪、心电图测量装置、超声波诊断装置、电子内窥镜)、鱼群探测器、各种测量设备、计量仪器类(例如，车辆、飞机、船舶的计量仪器类)、飞行模拟器、地面数字广播、移动电话基站等。
以上，根据图示的实施方式，对本发明的发光元件模块、量子干涉装置、原子振荡器、电子设备以及移动体进行了说明，但本发明不限于此。
此外，本发明的各部分的结构可以置换为发挥与上述实施方式相同功能的任意结构，此外，还可以附加任意结构。
此外，在上述实施方式中，将利用波长不同的两种光的量子干涉效应来使铯等进行共振跃迁的量子干涉装置作为本发明的原子干涉装置的例子进行了说明，但本发明的原子干涉装置不限于此，也可以应用于利用基于光和微波的双共振现象来使铷等进行共振跃迁的双共振装置。
此外，在上述实施方式中，以将本发明的发光元件模块应用于量子干涉装置或原子振荡器的情况为例进行了说明，但不限于此，也可以应用于使用由高频信号驱动的发光元件的所有设备。

Claims (12)

1.一种发光元件模块，其具有：温度调节元件，其具有设置面；第1金属层，其配置在所述设置面上；以及发光元件，其配置在所述第1金属层上，其特征在于，
所述发光元件模块还具有：
第1中继部件，其配置在所述第1金属层上；
第1布线层，其配置在所述第1中继部件的与对置于所述设置面的面相反一侧的面上；
第2金属层，其配置在所述第1中继部件的对置于所述设置面的面上；
接合材料，其配置在所述第1金属层与所述第2金属层之间；
第1外部端子；
第1元件侧布线，其使所述发光元件与所述第1布线层电连接；以及
第1端子侧布线，其使所述第1外部端子与所述第1布线层电连接，
所述第1布线层的面积小于所述第1金属层与所述第1中继部件重合的区域的面积、且小于所述第2金属层与所述第1中继部件重合的区域的面积、且小于所述接合材料与所述第1中继部件重合的区域的面积。
2.根据权利要求1所述的发光元件模块，其中，
所述温度调节元件是帕尔贴元件，
所述设置面是所述帕尔贴元件的发热面或吸热面。
3.根据权利要求1所述的发光元件模块，其中，
所述第1端子侧布线为多个引线布线。
4.根据权利要求1所述的发光元件模块，其中，
所述第1布线层具有与所述第1元件侧布线连接的第1端部和与所述第1端子侧布线连接的第2端部，
所述第2端部的宽度大于所述第1端部的宽度。
5.根据权利要求4所述的发光元件模块，其中，
所述第1布线层具有宽度从所述第2端部侧朝向所述第1端部侧连续减小的部分。
6.根据权利要求1所述的发光元件模块，其中，
所述第1中继部件包含陶瓷材料。
7.根据权利要求1所述的发光元件模块，其中，
所述第1布线层具有含金的表层以及设置在所述表层与所述第1中继部件之间的衬底层。
8.根据权利要求7所述的发光元件模块，其中，
所述衬底层具有含钛的第1层和含钯的第2层，所述第2层设置在所述第1层与所述表层之间。
9.根据权利要求1所述的发光元件模块，其中，
所述发光元件模块具有：
第2外部端子；
温度检测元件，其配置在所述第1金属层上；
第2中继部件，其配置在所述第1金属层上；
第2布线层，其配置在所述第2中继部件的与对置于所述设置面的面相反一侧的面上；
第2元件侧布线，其使所述温度检测元件与所述第2布线层电连接；以及
第2端子侧布线，其使所述第2外部端子与所述第2布线层电连接。
10.一种量子干涉装置，其具有权利要求1所述的发光元件模块。
11.一种原子振荡器，其具有权利要求1所述的发光元件模块。
12.一种电子设备，其具有权利要求1所述的发光元件模块。
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