JP2014126863A - レーザモジュール - Google Patents

Abstract

【課題】複数のレーザユニットを同一基板上にコンパクトに配置することを可能とするレーザモジュールを提供する。
【解決手段】シリコン基板１０と、シリコン基板１０上に配置され、第１ＬＤ素子２１、第１ＬＤ素子２１から出射されるレーザ光を導光するための第１導光部品３１、４１を含む第１レーザユニット９１と、シリコン基板１０上に配置され、第２ＬＤ素子２２、第２ＬＤ素子２２から出射されるレーザ光を導光するための第２導光部品３２、４２を含む第２レーザユニットを有し、シリコン基板１０は、第１レーザユニット９１を構成する部品の少なくとも１部が配置される第１平面、及び、第１平面に対して段差を有し且つ第２レーザユニットを構成する部品の少なくとも１部が配置される第２平面を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、レーザモジュールに関し、特にレーザモジュールを構成する部品同士をコンパクトに配置することが可能なレーザモジュールに関する。

サブマウント上に、ＳＨＧ素子及び半導体レーザの位置を調整した上で、紫外線硬化樹脂で固定した光導波路型波長変換デバイスモジュールが知られている（例えば、特許文献１参照）。位置調整では、最初にサブマウント上に半導体レーザを固定した後、コレットによってＳＨＧ素子を保持した状態で、ＳＨＧ素子からの高調波出力を検出して、高調波出力が最大となる位置にＳＨＧ素子を配置した。その後、紫外線を照射して紫外線硬化樹脂を硬化させ、サブマウント上にＳＨＧ素子を固定した。

また、光源モジュールから出射されて光ファイバに導入された光を光検出器で検出しながら、光源モジュールと光ファイバとの相対的な位置を調整する光学部品の製造方法が知られている（例えば、特許文献２参照）。上記の製造方法では、相対的な位置を調整する場合に、光ファイバを保持しているステージをＹ軸方向（横方向）に移動させながら光検出器にて光の強度を測定し、測定結果が最大となる位置をＹ軸方向の調整位置としている。

特開２００３−３３００５４号公報 特開２００８−１９１６８９号公報

特許文献１及び２は、１つのレーザ光を出力するための複数の部品を１セット、基板上に位置合わせを行って固定・配置しようとするものである。これに対して、近年、ＬＤ（レーザ・ダイオード）素子、光導波路型波長変換素子、及び光ファイバと同保持部材等から構成されるセットを複数セット、同一基板上に配置したいという要望が高くなってきている。これは、例えばレーザプロジェクタ等に対応するために、１つの基板に固定された３つの光ファイバから、Ｒ色レーザ光、Ｇ色レーザ光及びＢ色レーザ光を出力するためである。

上記のような、ＬＤ素子、光導波路型波長変換素子、及び光ファイバ保持部材等から構成されるセットを複数セット、基板上に配置する場合においても、各部品間の位置調整は高精度で行わなければならない。しかしながら、各部品を基板上に配置する実装装置の実装ヘッドが、既に配置されている他の部品と干渉してしまうことを防止するために、各部品間の距離を広く取らなければならないとう問題があった。このために、基板を大きくしなければならず、レーザモジュールを小型化することが難しく、更に、コストアップの要因となっていた。

本発明は、上記の課題を解決するためのレーザモジュールを提供することを目的とする。

また、本発明は、複数のレーザユニットを同一基板上にコンパクトに配置することを可能とするレーザモジュールを提供することを目的とする。

本発明に係るレーザモジュールは、シリコン基板と、シリコン基板上に配置され、第１ＬＤ素子、第１ＬＤ素子から出射されるレーザ光を導光するための第１導光部品を含む第１レーザユニットと、シリコン基板上に配置され、第２ＬＤ素子、第２ＬＤ素子から出射されるレーザ光を導光するための第２導光部品を含む第２レーザユニットを有し、シリコン基板は、第１レーザユニットを構成する部品の少なくとも１部が配置される第１平面、及び、第１平面に対して段差を有し且つ第２レーザユニットを構成する部品の少なくとも１部が配置される第２平面を有することを特徴とする。

本発明に係るレーザモジュールでは、第１ＬＤ素子及び第１導光部品は、シリコン基板に実装される順番に従って実装高さが高くなるように設定され、第２ＬＤ素子及び第２導光部品は、シリコン基板に実装される順番に従って実装高さが高くなるように設定されることが好ましい。

本発明に係るレーザモジュールでは、第１レーザユニットは、第１ＬＤ素子から出射されるレーザ光を導光するための第１導光部品とは異なる第３導光部品を有し、第２レーザユニットは、第２ＬＤ素子から出射されるレーザ光を導光するための第２導光部品とは異なる第４導光部品を有することが好ましい。

本発明に係るレーザモジュールでは、第１導光部品及び第３導光部品は、第１ＬＤ素子から出射されるレーザ光を波長変換して波長変換されたレーザ光を出射する第１波長変換素子、又は第１ＬＤ素子もしくは第１波長変換素子からの光を伝播する光ファイバと光ファイバを固定する第１サブ基板であり、第２導光部品及び第４導光部品は、第２ＬＤ素子から出射されるレーザ光を波長変換して波長変換されたレーザ光を出射する第２波長変換素子、又は第２ＬＤ素子もしくは第２波長変換素子からの光を伝播する光ファイバと光ファイバを固定する第２サブ基板であることが好ましい。

本発明に係るレーザモジュールでは、シリコン基板上に配置され、第１レーザユニットを構成する部品を固定するための第１マイクロバンプと、シリコン基板上に配置され、第２レーザユニットを構成する部品を固定するための第２マイクロバンプを更に有することが好ましい。

本発明に係るレーザモジュールでは、第１及び第２マイクロバンプは、Ａｕから構成されるとともに、表面活性化接合により前記部品と固定されることが好ましい。

本発明に係るレーザモジュールでは、シリコン基板上に配置され、第３ＬＤ素子、第３ＬＤ素子から出射されるレーザ光を波長変換して波長変換されたレーザ光を出射する第３波長変換素子、第３波長変換素子からの光を伝播する第３光ファイバ、第３光ファイバを固定する第３サブ基板を含む第３レーザユニットを更に有し、シリコン基板は、第２平面に対して段差を有し且つ第３レーザユニットを構成する部品の少なくとも１部が配置される第３平面を更に有することが好ましい。

本発明に係るレーザモジュールでは、第１レーザユニットは第１光ファイバによってＲ色レーザ光を伝播し、第２レーザユニットは前記第２光ファイバによってＧ色レーザ光を伝播し、第３レーザユニットは前記第３光ファイバによってＢ色レーザ光を伝播することが好ましい。

本発明に係るレーザモジュールでは、第１レーザユニット、第２レーザユニット及び前記第３レーザユニットは、各ユニットが有する光ファイバによって、単色のレーザ光を伝播することが好ましい。

本発明によれば、基板に段差を設けているため、各ユニットを構成する部品を基板上に配置する実装装置の実装ヘッドが、既に配置されている他のユニットに含まれる部品と干渉しないので、複数のレーザ出力ユニットを同一基板上にコンパクトに配置することが可能となった。

レーザモジュールの斜視図である。 図１に記載のレーザモジュールの上面図である。 図２に記載のレーザモジュールのＡＡ´断面図である。 レーザモジュールの製造工程を示すフローチャートである。 シリコン基板を形成する工程（１）を説明するための図である。 シリコン基板を形成する工程（２）を説明するための図である。 シリコン基板上にＰＰＬＮ素子及びサブ基板を調芯実装するための実装装置１００を説明するための図である。 （ａ）は吸着ヘッド移動機構の側面図であり、（ｂ）は吸着ヘッド移動機構の平面図である。 ガラスヘッドへのシリコン基板の取り付けを説明するための図である。 ＰＰＬＮ素子の調芯実装を説明するための図である。 サブ基板の調芯実装を説明するための図である。 シリコン基板へのサブ基板の取り付けを説明するための図である。

以下図面を参照して、本発明に係るレーザモジュールについて説明する。但し、本発明の技術的範囲はそれらの実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された発明とその均等物に及ぶ点に留意されたい。

図１はレーザモジュール１の斜視図であり、図２はレーザモジュール１の上面図であり、図３は図２におけるレーザモジュール１のＡＡ´断面図である。

図１に記載するように、シリコン基板１０の平面上における部品間の左右方向をＸ軸、シリコン基板１０の平面上における部品間の前後方向をＹ軸、シリコン基板１０の平面からの高さ方向をＺ軸と定めた。

レーザモジュール１は、シリコン基板１０上に第１レーザユニット９１、第２レーザユニット９２、第３レーザユニット９３、及びＦＰＣ６０を配置したものである。第１レーザユニット９１は、第１ＬＤ（レーザ・ダイオード）素子２１、第１ＬＤ素子２１から出射された光の波長変換を行うための光導波路型波長変換素子である第１ＰＰＬＮ（Periodically Poled Lithium Niobate）素子３１、及び、シリコンから構成される第１サブ基板４１、第１サブ基板４１に固定された第１光ファイバ５１等を含んで構成されている。

第２レーザユニット９２は、第２ＬＤ素子２２、第２ＰＰＬＮ素子３２、第２サブ基板４２、及び第２光ファイバ５２等を含んで構成されている。また、第３レーザユニット９３は、第３ＬＤ素子２３、第３ＰＰＬＮ素子３３、第３サブ基板４３、及び第３光ファイバ５３等を含んで構成されている。

ＦＰＣ６０は、ワイヤー７１及びワイヤー７２と、シリコン基板１０上に配置された電極とを介して、第１ＬＤ素子２１、第２ＬＤ素子２２及び第３ＬＤ素子２３へ電流を供給できるように構成されている。

第１レーザユニット９１は、第１ＬＤ素子２１から出射される波長１５６０ｎｍのシングルモードレーザ赤外光を、第１ＰＰＬＮ素子３１において７８０ｎｍの赤色レーザ光に波長変換し、第１サブ基板４１に固定されたシングルモード光ファイバ（ＳＭＦ）５１で伝播されるように構成されている。また、第２レーザユニット９２は、第２ＬＤ素子２２から出射される波長１０６４ｎｍのシングルモードレーザ近赤外光を、第２ＰＰＬＮ素子３２において５３２ｎｍの緑色レーザ光に波長変換し、第２サブ基板４２に固定されたシングルモード光ファイバ（ＳＭＦ）５２で伝播されるように構成されている。さらに、第３レーザユニット９３は、第３ＬＤ素子２３から出射される波長７１０ｎｍのシングルモードレーザ近赤外光を、第３ＰＰＬＮ素子３３において３５５ｎｍの青色レーザ光に波長変換し、第３サブ基板４３に固定されたシングルモード光ファイバ（ＳＭＦ）５３で伝播されるように構成される。

第１レーザユニット９１〜第３レーザユニット９３では、各ＬＤ素子から出射された光を効率良く各ＰＰＬＮ素子に入射できるように光結合されているが、光結合効率を高めるためには、両素子間には非常に高精度な位置合わせが求められる。同様に、各ＰＰＬＮ素子から出射される光を効率よく各光ファイバに入射できるように、ＰＰＬＮ素子とサブ基板間には非常に高精度な位置合わせが求められる。各光学素子間の位置合わせについては後述する。

シリコン基板１０は、１次平面８１、１次平面８１から一段下がった２次平面８２、及び２次平面から更に一段下がった３次平面８３を有している。１次平面８１には、第１レーザユニット９１全体、及びＦＰＣ６０の取り付け部分が配置されている。また、２次平面８２には、第２レーザユニット９２全体が配置されている。さらに、３次平面８３には、第３レーザユニット９３全体が配置されている。レーザモジュール１では、ＦＰＣ６０を他の部品と接続させるために、ＦＰＣ６０が同じ平面上に配置されるように、シリコン基板１０を構成した。

図３に示す様に、各レーザユニットにおいて最も幅広の部品であるサブ基板は、ｗ１（例えば、ｗ１＝１．８ｍｍ）の横幅を有し、ｈ４（例えば、ｈ４＝０．６ｍｍ）の高さを有し、ピッチがｐ１（例えば、２．４ｍｍ）となるように、各平面上に配置されている。シリコン基板１０は、ｗ２（例えば、ｗ２＝７．４ｍｍ）の横幅を有し、１次平面８１はｈ１（例えば、ｈ１＝０．６０ｍｍ）の高さを有し、２次平面８２はｈ２（例えば、ｈ２＝０．５４ｍｍ）の高さを有し、３次平面８３はｈ３（例えば、ｈ３＝０．４８ｍｍ）の高さを有している。また、シリコン基板１０の各段差ｓ１（１次平面８１及び２次平面８２間の段差と、２次平面８２及び３次平面８３間の段差は同じ）を、０．０６ｍｍとした。なお、段差ｓ１の値を決定する条件については後述する。

なお、上記の値は一例であって、これに限定されるものではない。また、シリコン基板１０では、１次平面８１及び２次平面８２間の段差と、２次平面８２及び３次平面８３間の段差は同じとしたが、それに限定されるものではなく、後述する条件内であれば、別の値としても良い。さらに、サブ基板を含めた部品のシリコン基板１０への実装方法、及びシリコン基板１０に段差ｓ１が設けられている理由については後述する。

図４は、レーザモジュール１の製造過程を説明するためのフロー図である。以下、図４に沿って、レーザモジュール１の製造過程を説明する。

最初に、シリコン基板１０に、２次平面８２及び３次平面８３を形成する（図４のＳ１０）。２次及び３次平面の形成は、高さｈ１を有する平面平板のシリコン板を切削処理して行った。

次に、シリコン基板１０の上にマイクロバンプを形成する（図４のＳ１１）。以下、図５及び図６を利用して、シリコン基板１０上にマイクロバンプを形成する過程をより詳しく説明する。なお、図５及び図６では、３次平面８３上に形成される第３レーザユニット９３用のマイクロバンプについて説明しているが、１次平面８１上に形成される第１レーザユニット９１用のマイクロバンプ及び２次平面８２上に形成される第２レーザユニット９２用のマイクロバンプも同様に行われる。

図５（ａ）は、シリコン基板１０の３次平面８３における断面図である。

まず、シリコン基板１０全体を酸化性雰囲気中で加熱して、シリコン基板１０の３次平面８３上にＳｉＯ₂（二酸化ケイ素）薄膜１１を形成する。次に、ＳｉＯ₂薄膜１１上に蒸着によってＴｉ（チタン）薄膜１２を形成する。さらに、Ｔｉ薄膜１２上に蒸着によって厚さ３μｍのＡｕ層１３を成膜する（図５（ｂ）参照）。Ａｕ層１３は、蒸着の他に、スパッタリング又は電気メッキ法等によって形成しても良い。なお、ＳｉＯ₂薄膜１１は、シリコン基板１０と後述するマイクロバンプ１８との間を絶縁する絶縁層として機能する。また、Ｔｉ薄膜１２は、ＳｉＯ₂薄膜１１とＡｕ層１３との密着性を高めるために形成されている。

次に、Ａｕ層１３上に、フォトレジスト層１４を形成し、マスク層１５を配置して、マスク層１５に対応したフォトレジスト１４´が形成されるように紫外線の照射を行う（図５（ｃ）参照）。

次に、ドライエッチングによりフォトレジスト１４´が形成された部分以外のＡｕ層１３及びＴｉ薄膜１２をエッチングして、Ａｕ層パターン１３´を形成する（図５（ｄ）参照）。なお、ドライエッチングの代わりに、ウエットエッチングによりＡｕ層パターン１３´を形成しても良い。

次に、フォトレジスト１４´を除去したのち、再度フォトレジスト層１５を形成し、マスク層１６を配置して、マスク層１６に対応したフォトレジスト１５´が形成されるように紫外線の照射を行う（図６（ａ）参照）。

次に、ドライエッチングによりフォトレジスト１５´が形成された部分以外のＡｕ層パターン１３´をハーフエッチングして、マイクロバンプ１８−１、１８−２及び１８−３を形成する（図６（ｂ）参照）。なお、ドライエッチングの代わりに、ウエットエッチングによりマイクロバンプ１８−１、１８−２及び１８−３を形成しても良い。なお、ハーフエッチングとは、フォトレジスト１５´が形成された部分以外を全て除去するのではなく、一部が残るようにエッチングを行うことを言う。本例では、フォトレジスト１５´が形成された部分以外では、Ａｕ層パターン１３´の厚さが１μｍになるまでエッチングを行っている。

次に、フォトレジスト１５´を除去して、シリコン基板上にマイクロバンプ１８−１、１８−２及び１８−３の形成を完了する（図６（ｃ）参照）。マイクロバンプ１８−１、１８−２及び１８−３は、複数の高さ２μｍで直径５μｍの円柱状の突起が１０〜２５μｍピッチで左右均等に配置されたものである。

上述したように、図５（ａ）〜図６（ｃ）の工程によって、シリコン基板１０の３次平面８３上にマイクロバンプを形成する（図４のＳ１１参照）。なお、マイクロバンプの突起の形状、高さ、幅、ピッチ等は一例であって、上記に限定されるものではない。マイクロバンプ１８−１、１８−２及び１８−３は、スパッタリングによって形成されたＡｕ層１３に基づいており、且つハーフエッチングによって成形されているため、マイクロバンプ１８−１、１８−２及び１８−３に含まれる全ての突起の高さは高精度に均一化されている。

次に、シリコン基板１０上の第３ＬＤ素子２３用のマイクロバンプ１８−１の表面及び、第３ＬＤ素子２３の接合Ａｕ面の活性化処理を行い（図４のＳ１２）、第３ＬＤ素子２３をマイクロバンプ１８−１上に実装する（図４のＳ１３）。同様に、シリコン基板１０の２次平面８２上に第２ＬＤ素子２２を実装し、次に、シリコン基板１０の１次平面８１上に第１ＬＤ素子２１を実装する。

表面活性化処理では、マイクロバンプ１８−１及び第３ＬＤ素子２３の接合面の表面を覆っている酸化膜又はコンタミ等の不活性層を、プラズマ洗浄処理する。表面活性化処理によって、マイクロバンプ１８−１の上部に所定の荷重を加えて第３ＬＤ素子２３を実装するだけで、第３ＬＤ素子２３はマイクロバンプ１８−１上に表面活性化結合により固定される。また、第３ＬＤ素子２３は、マイクロバンプ１８−１を介して、シリコン基板１０上に形成された電極と電気的に接続される。第３ＬＤ素子２３の実装は、予めシリコン基板１０に付されたアライメントマークを利用して、不図示の電子部品を回路基板上に装着する実装器により行う。なお、第１ＬＤ素子２１及び第２ＬＤ素子２２の実装についても同様である。また、第３ＬＤ素子２３の実装を、後述する実装装置１００を利用して行っても良い。

次に、シリコン基板１０の１次平面８１にＦＰＣ６０を接合し（図４のＳ１４）、シリコン基板１０の３次平面８３上に形成され且つ第３ＬＤ２３と電気的に接続されている電極とＦＰＣ６０とをワイヤー７１及びワイヤー７２でワイヤボンド配線する（図４のＳ１５）。同様に、シリコン基板１０の２次平面８２上に形成され且つ第２ＬＤ２２と電気的に接続されている電極とＦＰＣ６０とをワイヤー７１及びワイヤー７２でワイヤボンド配線する。また、シリコン基板１０の１次平面８１上に形成され且つ第１ＬＤ２１と電気的に接続されている電極とＦＰＣ６０とをワイヤー７１でワイヤボンド配線する。なお、ＦＰＣ６０の接合は、低温熱圧着テープ、接着剤、及び両面テープなどを用いて行う。

次に、シリコン基板１０上の第３ＰＰＬＮ素子３３用のマイクロバンプ１８−２の表面及び、第３ＰＰＬＮ素子３３の接合Ａｕ面の活性化処理を行い（図４のＳ１６）、第３ＰＰＬＮ素子３３をマイクロバンプ１８−２上に調芯実装する（図４のＳ１７）。表面活性化処理によって、マイクロバンプ１８−２の上部に所定の荷重を加えて第３ＰＰＬＮ素子３３を実装するだけで、第３ＰＰＬＮ素子３３はマイクロバンプ１８−２上に表面活性化結合により固定される。同様に、シリコン基板１０の２次平面８２上に第２ＰＰＬＮ素子３２を実装し、次に、シリコン基板１０の１次平面８１上に第１ＰＰＬＮ素子１１を実装する。以下、図７〜図１０を用いて、第３ＰＰＬＮ素子３３の調芯実装について説明するが、第１ＰＰＬＮ素子３１及び第２ＰＰＬＮ素子３２の調芯実装についても同様である。

図７はシリコン基板上にＰＰＬＮ素子及びサブ基板を調芯実装するための実装装置１００を説明するための図である。

図７に示す実装装置１００は、Ｚ軸方向に移動可能な吸着ヘッド移動機構１０１、Ｘ軸及びＹ軸方向に移動可能なガラスヘッド１０２、及びシリコン基板１０上のＬＤ素子、ＰＰＬＮ素子又は光ファイバから出射される光を検出するための検出部１０３等を有している。また、実装装置１００は、図１０及び図１１を用いて後述するが、ＬＤ素子を駆動する駆動部１０５、検出部１０３からの検出出力に基づいて、駆動部１０５、ヘッド移動機構１０１及びガラスヘッド１０２を制御する制御部１０４等を有している。なお、吸着ヘッド移動機構１０１は、光学素子を吸着するための吸着ヘッド１１０を図中の下部に備えている。さらに、制御部１０４は、ＣＰＵ及び所定のメモリ等を含むＰＣ等から構成される。

図８（ａ）は吸着ヘッド移動機構の側面図であり、図８（ｂ）は吸着ヘッド移動機構の平面図である。

吸着ヘッド移動機構１０１は半径ｒ２（例えば、ｒ２＝１３ｍｍ）の略円柱状の形状をしており、その下部に直方体状の吸着ヘッド１１０を備えている。吸着ヘッド１１０の下面には、３つの吸着孔１１２が設けられており、不図示のサクション機構によって吸着ヘッド１１０の下面に光学素子を吸着できるように構成されている。吸着ヘッド１１０の下面は、横幅はｒ１（例えば、ｒ１＝３ｍｍ）及び縦幅はｒ３（例えば、ｒ３＝８ｍｍ）である。

図９は、ガラスヘッドへのシリコン基板の取り付けを説明するための図である。

ガラスヘッド１０２の表面はガラスで構成されており、２つの吸着孔１１４が設けられており、不図示のサクション機構によってガラスヘッド１０２の表面にシリコン基板１０を吸着できるように構成されている。また、図９に示すように、ガラスヘッド１０２上には、Ｌ字状の形状を有する位置決めプレート１０６が固定されている。プレート１０６は、プレート上に設けられたネジ孔１０７を利用して、不図示の固定部にネジによって固定されている。シリコン基板１０をＬ字状の角部に配置して、２つの吸着孔１１４で吸着すれば、シリコン基板１０を容易にガラスヘッド１０２上に固定することができる。

図１０は、ＰＰＬＮ素子の調芯実装を説明するための図である。

制御部１０４は、駆動部１０５を制御して、第３ＬＤ素子２３からレーザ光を出射させ、吸着ヘッド移動機構１０１を制御して、吸着ヘッド１１０に吸着された第３ＰＰＬＮ素子３３を、マイクロバンプ１８−２と接しないように、その直上で一旦停止させる。この状態では、第３ＬＤ素子２３から出射したレーザ光が第３ＰＰＬＮ素子３３へ入射し、第３ＰＰＬＮ素子３３から、波長変換されたレーザ光が出射する。

次に、制御部１０４は、第３ＰＰＬＮ素子３３から出射した波長変換されたレーザ光を検出部１０３で検出しながら、ガラスヘッド１０２を制御してＸ軸及びＹ軸方向に移動させ、最も検出出力が強い位置で、ガラスヘッド１０２を固定する。この状態では、Ｘ軸方向及びＹ軸方向（図１参照）における、３ＬＤ素子２３と第３ＰＰＬＮ素子３３との位置が調整されたこととなる。

次に、制御部１０４は、吸着ヘッド移動機構１０１を制御して、吸着ヘッド１１０に吸着された第３ＰＰＬＮ素子３３を、マイクロバンプ１８−２上から所定の荷重を印加しながら押圧し、マイクロバンプ１８−２上に固定させる。前述したように、第３ＰＰＬＮ素子３３はマイクロバンプ１８−２上に表面活性化結合により固定される。マイクロバンプは、上部から押圧されることにより、その形状がつぶれるので、第３ＰＰＬＮ素子３３のＺ軸方向の位置を任意の位置に調整することが可能である。この状態で、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向（図１参照）における、第３ＬＤ素子２３と第３ＰＰＬＮ素子３３との位置が調整され且つ固定されたこととなる。なお、ＬＤ素子に対するＰＰＬＮ素子のＺ軸方向の最適位置（最適間隔）は、予め判明しているものとする。

次に、シリコンから構成される第３サブ基板４３に第３光ファイバ５３を固定する（図４のＳ１８）。ここでは、第３光ファイバ５３の端部が、第３サブ基板４３のＰＰＬＮ素子側の端部に配置されるように、第３光ファイバ５３を接着材により第３サブ基板４３内に設けられた溝部（不図示）に固定する。

次に、シリコン基板１０上の第３サブ基板４３用のマイクロバンプ１８−３の表面及び、第３サブ基板４３の接合Ａｕ面の活性化処理を行い（図４のＳ１９）、第３サブ基板４３をマイクロバンプ１８−３上に調芯実装する（図４のＳ２０）。表面活性化処理によって、マイクロバンプ１８−３の上部に所定の荷重を加えて第３サブ基板４３を実装するだけで、第３サブ基板４３はマイクロバンプ１８−３上に表面活性化結合により固定される。同様に、シリコン基板１０の２次平面８２上に第２サブ基板４２を実装し、次に、シリコン基板１０の１次平面８１上に第１サブ基板４１を実装する。以下、図１１を用いて、第３サブ基板４３の調芯実装について説明するが、第１サブ基板４１及び第２サブ基板４２の調芯実装も同様である。

図１１は、サブ基板の調芯実装を説明するための図である。

制御部１０４は、駆動部１０５を制御して、第３ＬＤ素子２３から出射したレーザ光が調芯実装済みの第３ＰＰＬＮ素子３３へ入射し、第３ＰＰＬＮ素子３３から、波長変換されたレーザ光を出射させる。次に、制御部１０４は、吸着ヘッド移動機構１０１を制御して、吸着ヘッド１１０に吸着された第３サブ基板４３を、マイクロバンプ１８−３と接しないように、その直上で一旦停止させる。この状態では、第３ＰＰＬＮ素子３３から出射した波長変換されたレーザ光が、光ファイバ５３の一端部から入射している。また、検出部１０３は、光ファイバ５３の他端部に取り付けられたコネクタ（不図示）を介して、光ファイバ５３に入射した波長変換されたレーザ光の光量を検出できるように設定されている。

次に、制御部１０４は、光ファイバ５３の他端部から出射した波長変換されたレーザ光を検出部１０３で検出しながら、ガラスヘッド１０２を制御してＸ軸及びＹ軸方向に移動させ、最も検出出力が強い位置で、ガラスヘッド１０２を固定する。この状態では、Ｘ軸方向及びＹ軸方向（図１参照）における、第３ＰＰＬＮ素子３３と第３サブ基板４３の位置が調整されたこととなる。

次に、制御部１０４は、吸着ヘッド移動機構１０１を制御して、吸着ヘッド１１０に吸着された第３サブ基板４３を、マイクロバンプ１８−３上から所定の荷重を印加しながら押圧し、マイクロバンプ１８−３上に固定させる。前述したように、第３サブ基板４３はマイクロバンプ１８−３上に表面活性化結合により固定される。マイクロバンプは、上部から押圧されることにより、その形状がつぶれるので、第３サブ基板４３のＺ軸方向の位置を任意の位置に調整することが可能である。この状態で、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向（図１参照）における、第３ＰＰＬＮ素子３３と第３サブ基板４３との位置が調整され且つ固定されたこととなる。なお、ＰＰＬＮ素子に対するサブ基板のＺ軸方向の最適位置（最適間隔）は、予め判明しているものとする。

図４に示すＳ１０〜Ｓ２０を行うことによって、シリコン基板１０上に、第１レーザユニット９１が１次平面８１上に調整且つ固定され、第２レーザユニット９２が２次平面８２に調整且つ固定され、第３レーザユニット９３が３次平面８３上に調整且つ固定される。

図１２（ａ）はシリコン基板に段差がない場合におけるサブ基板の取り付けを説明するための図であり、図１２（ｂ）はシリコン基板に段差がある場合におけるサブ基板の取り付けを説明するための図である。ここでは、図１２（ｂ）の状況が、上述したレーザモジュール１に対応している。

図８に示したように、吸着ヘッド１１０はｒ１（例えば、ｒ１＝３ｍｍ）の横幅を有している。図１２（ａ）を参考として、このような吸着ヘッド１１０にｗ１（例えば、ｗ１＝１．８ｍｍ）の横幅を有するサブ基板を吸着させ、段差の無いシリコン基板２００上へ実装する場合について考察する。更に、図４を用いて説明したように、最初に第３レーザユニット９３を実装し、次に、第２レーザユニット９２を実装し、最後に第１レーザユニット９１を実装する場合について考察する。なお、レーザモジュール１を構成する部品の内、実装装置１００によって実装する部品で最も横幅が広い部品（光学部品）が、サブ基板であったため、サブ基板の実装を例にして以下の説明を行う。

上記の場合、最初に第３サブ基板４３を実装した後に、第２サブ基板４２を実装することとなる。吸着ヘッド１１０が横幅ｒ１を有しているため、吸着ヘッド１１０と既に実装されている第３サブ基板４３とが衝突しないようにしなければならない。また、第２サブ基板４２の調芯実装時には、ガラスヘッド１０２をＸ軸方向に移動させることから、Ｘ軸方向の移動も考慮に入れる必要がある。このような理由によって、図１２（ａ）では、第３サブ基板４３のＸ軸方向の端部と吸着ヘッド１１０の端部との間に、間隔ｑ２（例えば、ｑ２＝０．４ｍｍ）を確保している。すなわち、サブ基板同士のピッチはｐ２（例えば、ｐ２＝２．８ｍｍ）となり、シリコン基板２００はｗ３（例えば、ｗ３＝８．４ｍｍ）の横幅が必要であった。

これに対して、レーザモジュール１では、サブ基板を実装する平面が、段差ｓ１を有する階段上に構成されている。したがって、最初に第３サブ基板４３を実装した後に、第２サブ基板４２を実装する場合でも、吸着ヘッド１１０と既に実装されている第３サブ基板４３とが干渉することがない。したがって、サブ基板の調芯実装時における、ガラスヘッド１０２のＸ軸方向の移動のみ、考慮すればよい。即ち、図１２（ａ）では、ｐ２≧（ｒ１＋ｗ１）／２の関係を満足しなければならないが、図１２（ｂ）では、ｐ１≧ｗ１の関係を満足すれば良い。また、ｒ１＞ｗ１であるので、サブ基板同士のピッチはｐ２＞ｐ１（例えば、ｐ１＝２．４ｍｍ）となる。したがって、シリコン基板１０はｗ３＞ｗ２（例えば、ｗ２＝７．２ｍｍ）の横幅となって、シリコン基板の横幅を小さくすることができた。

以下、段差ｓ１の条件について考察する。なお、シリコン基板１０上の段差は全て同じ値であり、同じ部品の高さは全て同じ高さと仮定している。

レーザモジュール１では、最初に３次平面８３の第３ＬＤ素子２３、次に２次平面８２の第２ＬＤ素子２２、次に１次平面８１の第１ＬＤ素子２１と実装し、ＬＤ素子の実装を完了する（図４のＳ１３参照）。続いて、３次平面８３の第３ＰＰＬＮ素子３３、次に２次平面８２の第２ＰＰＬＮ素子３２、次に１次平面８１の第１ＰＰＬＮ素子３１と実装し、ＰＰＬＮ素子の実装を完了する（図４のＳ１７参照）。続いて、３次平面８３の第３サブ基板４３、次に２次平面８２の第２サブ基板４２、次に１次平面８１の第１サブ基板４１と実装し、サブ基盤の実装を完了する（図４のＳ２０参照）。

同じ平面上で考慮すれば、ＬＤ素子、ＰＰＬＮ素子、サブ基板の順に実装していくので、部品の高さが、実装順に高くなるように設定する必要がある（条件１）。即ち、レーザモジュール１では、（ＬＤ素子の高さ）＜（ＰＬＬＮ素子の高さ）＜（サブ基板の高さ（ｈ４））となる。

段差ｓ１は、実装部品の中で、一番高さの低い部品（即ちＬＤ素子）の高さよりも低くする必要がある。そうしないと、吸着ヘッド１１０が段差と干渉して、ＬＤ素子を実装することができなくなる。即ち、ｓ１＜（一番高さの低い部品の高さ）となる（条件２）。即ち、レーザモジュール１では、ｓ１＜（ＬＤ素子の高さ）となる。

更に、段差ｓ１は、吸着ヘッドと干渉する領域であって他平面に既に実装されている部品の高さと、これから実装を行う部品の高さと、の差より小さくする必要がある（条件３）。なお、吸着ヘッド１１０は充分に大きく、レーザモジュール１に実装される部品の全てが干渉が生じる可能性がある領域に実装されるものとする。例えば、２次平面８２において、第２ＰＰＬＮ素子３２を実装する場合、１次平面８１に既に実装されている第１ＬＤ素子２１と吸着ヘッドが干渉しないようにするためには、ｓ１＜（ＰＰＬＮ素子の高さ）−（ＬＤ素子の高さ）となる。同様に、２次平面８２において、第２サブ基板４２を実装する場合、１次平面８１に既に実装されている第１ＰＰＬＮ素子３１と吸着ヘッドが干渉しないようにするためには、ｓ１＜（サブ基板の高さ）−（ＰＰＬＮ素子の高さ）となる。

以上の条件１〜３を満足するように段差ｓ１が定められると、吸着ヘッド１１０と干渉を起こさずに、シリコン基板１０の幅をコンパクトにすることが可能となる。なお、マイクロバンプ１８のつぶし量は最大でも２μｍ程度であるので、条件１〜３による段差量を考える上では、考慮に入れなくても良い。しかしながら、段差ｓ１が０（ゼロ）であるとマイクロバンプのつぶし量によって問題が生じる可能性があるので、段差ｓ１は、マイクロバンプをつぶしてＺ軸調整を行う可能性がある最大距離（最大押し込み量）より大きい必要がある（条件４）。即ち、レーザモジュール１では、ｓ１＞０．００２となる。

レーザモジュール１において、第１ＬＤ素子２１〜第３ＬＤ素子２３の高さは０．１４ｍｍ、第１ＰＰＬＮ素子３１〜第３ＰＰＬＮ素子３３の高さは０．５ｍｍ、第１サブ基板４１〜第３サブ基板４３の高さ（ｈ４）は０．６ｍｍである。また、（ＰＰＬＮ素子の高さ）−（ＬＤ素子の高さ）は０．３６ｍｍ、（サブ基板の高さ）−（ＰＰＬＮ素子の高さ）は０．１ｍｍである。そこで、上記の条件１〜４を満足するために、ｓ１を０．０６ｍｍに設定した。なお、上述した数値は一例であって、これらに限定されるものではなく、レーザモジュールを構成する部品に合わせて、条件１〜４を満足するように、ｓ１の値を適宜設定することが可能である。

上述したレーザモジュール１は、投影用のレーザプロジェクタに対応するために、第１レーザユニット９１〜第３レーザユニット９３から、Ｒ色レーザ光、Ｇ色レーザ光及びＢ色レーザ光を出射することができるモジュールとして構成した。しかしながら、例えば、第１レーザモジュール９１〜第３レーザモジュール９３から全てＲ色レーザ光を出射して、高出力Ｒ色レーザ光を出射するレーザモジュールとして構成しても良い。なお、その場合、出射するレーザ光は、Ｇ色レーザ光であって、Ｂ色レーザ光であっても良い。

さらに、単色のレーザ光を複数出射するレーザモジュールの場合等であれば、レーザモジュールに含まれるレーザユニットの個数は３つに限定されるものではなく、各レーザユニットが段差のある平面上に実装されるのであれば、２以上の任意の個数であって良い。

上述したレーザモジュールでは、各レーザモジュールは、ＬＤ素子、ＰＰＬＮ素子及び光ファイバを固定したサブ基板を有していたが、各レーザモジュールは、ＬＤ素子及びＰＰＬＮ素子のみを有していても良いし、ＬＤ素子及び光ファイバを固定したサブ基板のみを有していても良い。また、ＰＰＬＮ素子及び光ファイバを固定したサブ基板は、ＬＤ素子から出射されたレーザ光を導光するという意味合いで、導光部品と解釈することができる。

１ レーザモジュール
１０ シリコン基板
１８−１、１８−２及び１８−３ マイクロバンプ
２１、２２、２３ ＬＤ素子
３１、３２、３３ ＰＰＬＮ素子
４１、４２、４３ サブ基板
５１、５２、５３ 光ファイバ
６０ ＦＰＣ
８１ １次平面
８２ ２次平面
８３ ３次平面
９１、９２、９３ レーザユニット
１００ 実装装置
１０２ ガラスヘッド
１０３ 検出部
１０４ 制御部
１１０ 吸着ヘッド

Claims (9)

1. レーザモジュールであって、
   シリコン基板と、
   前記シリコン基板上に配置され、第１ＬＤ素子、前記第１ＬＤ素子から出射されるレーザ光を導光するための第１導光部品を含む第１レーザユニットと、
   前記シリコン基板上に配置され、第２ＬＤ素子、前記第２ＬＤ素子から出射されるレーザ光を導光するための第２導光部品を含む第２レーザユニットと、を有し、
   前記シリコン基板は、前記第１レーザユニットを構成する部品の少なくとも１部が配置される第１平面、及び、前記第１平面に対して段差を有し且つ前記第２レーザユニットを構成する部品の少なくとも１部が配置される第２平面を有する、
   ことを特徴とするレーザモジュール。
2. 前記第１ＬＤ素子及び第１導光部品は、前記シリコン基板に実装される順番に従って実装高さが高くなるように設定され、
   前記第２ＬＤ素子及び第２導光部品は、前記シリコン基板に実装される順番に従って実装高さが高くなるように設定される、請求項１に記載のレーザモジュール。
3. 前記第１レーザユニットは、前記第１ＬＤ素子から出射されるレーザ光を導光するための前記第１導光部品とは異なる第３導光部品を有し、
   前記第２レーザユニットは、前記第２ＬＤ素子から出射されるレーザ光を導光するための前記第２導光部品とは異なる第４導光部品を有する、請求項１又は２に記載のレーザモジュール。
4. 前記第１導光部品及び第３導光部品は、前記第１ＬＤ素子から出射されるレーザ光を波長変換して波長変換されたレーザ光を出射する第１波長変換素子、又は前記第１ＬＤ素子もしくは前記第１波長変換素子からの光を伝播する光ファイバを固定する第１サブ基板であり、
   前記第２導光部品及び第４導光部品は、前記第２ＬＤ素子から出射されるレーザ光を波長変換して波長変換されたレーザ光を出射する第２波長変換素子、又は前記第２ＬＤ素子もしくは前記第２波長変換素子からの光を伝播する光ファイバを固定する第２サブ基板である、請求項３に記載のレーザモジュール。
5. 前記シリコン基板上に配置され、前記第１レーザユニットを構成する部品を固定するための第１マイクロバンプと、
   前記シリコン基板上に配置され、前記第２レーザユニットを構成する部品を固定するための第２マイクロバンプと、を更に有する、請求項１〜４の何れか一項に記載のレーザモジュール。
6. 前記第１及び第２マイクロバンプは、Ａｕから構成されるとともに、表面活性化接合により前記部品と固定される、請求項５に記載のレーザモジュール。
7. 前記シリコン基板上に配置され、第３ＬＤ素子、前記第３ＬＤ素子から出射されるレーザ光を波長変換して波長変換されたレーザ光を出射する第３波長変換素子、前記第３波長変換素子からの光を伝播する第３光ファイバ、前記第３光ファイバを固定する第３サブ基板を含む第３レーザユニットを更に有し、
   前記シリコン基板は、前記第２平面に対して段差を有し且つ前記第３レーザユニットを構成する部品の少なくとも１部が配置される第３平面を更に有する、請求項１〜６の何れか一項に記載のレーザモジュール。
8. 前記第１レーザユニットは前記第１光ファイバによってＲ色レーザ光を伝播し、前記第２レーザユニットは前記第２光ファイバによってＧ色レーザ光を伝播し、前記第３レーザユニットは前記第３光ファイバによってＢ色レーザ光を伝播する、請求項７に記載のレーザモジュール。
9. 前記第１レーザユニット、前記第２レーザユニット及び前記第３レーザユニットは、各ユニットが有する光ファイバによって、単色のレーザ光を伝播する、請求項７に記載のレーザモジュール。

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