WO2012161199A1 - 光デバイス - Google Patents

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WO2012161199A1
WO2012161199A1 PCT/JP2012/063091 JP2012063091W WO2012161199A1 WO 2012161199 A1 WO2012161199 A1 WO 2012161199A1 JP 2012063091 W JP2012063091 W JP 2012063091W WO 2012161199 A1 WO2012161199 A1 WO 2012161199A1
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WO
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wavelength conversion
conversion element
optical device
optical waveguide
heater
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PCT/JP2012/063091
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French (fr)
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昌史 井出
野崎　孝明
薫 依田
洋輔 阿部
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シチズンホールディングス株式会社
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Publication date
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Priority to JP2013516386A priority patent/JP6025150B2/ja
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    • G02F1/35—Non-linear optics
    • G02F1/37—Non-linear optics for second-harmonic generation
    • G02F1/377—Non-linear optics for second-harmonic generation in an optical waveguide structure
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
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    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G—PHYSICS
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    • G02F1/35—Non-linear optics
    • G02F1/3501—Constructional details or arrangements of non-linear optical devices, e.g. shape of non-linear crystals
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    • G02F2203/00—Function characteristic
    • G02F2203/21—Thermal instability, i.e. DC drift, of an optical modulator; Arrangements or methods for the reduction thereof

Definitions

  • the present invention relates to an optical device in which an optical element in which an optical waveguide is formed is bonded to a substrate.
  • the short wavelength laser light source is a wavelength conversion element that converts infrared light of a fundamental wave oscillated by a laser element as an optical device into a second harmonic, and outputs laser light such as blue or green.
  • the wavelength conversion element uses crystal materials such as LN (lithium niobate: LiNbO3) and LT (lithium tantalate: LiTaO3), but the conversion efficiency of harmonics is dependent on temperature, and the environmental temperature fluctuates. Has a characteristic that the conversion efficiency changes significantly.
  • FIG. 26A is a graph showing an example of change in harmonic output (HFO) with respect to the environmental temperature (T) of the wavelength conversion element.
  • HFO harmonic output
  • T environmental temperature
  • the output of the wavelength conversion element decreases in the region where the environmental temperature is low, and the output also decreases in the region where the environmental temperature is high. Since the harmonics output from the wavelength conversion element largely change with temperature, the temperature characteristics of the wavelength conversion element are corrected in order to realize efficient conversion and obtain stable harmonic laser light. A means of temperature characteristic correction is essential.
  • the laser light source which mounts a heater in a wavelength conversion element is known (for example, refer to patent documents 1).
  • FIG. 26 (b) is a view showing the short wavelength laser light source disclosed in Patent Document 1.
  • the short wavelength laser light source has a 0.8 ⁇ m band semiconductor laser 410 and a wavelength conversion element 420 on a silicon substrate 401.
  • the fundamental wave 412 is output from the active layer 411 of the semiconductor laser 410 and is incident on the optical waveguide 121 of the wavelength conversion element 420, and the blue laser light 430 which is the second harmonic is output.
  • a groove 402 is formed by etching on part of the surface of the silicon substrate 401 in contact with the wavelength conversion element 420.
  • a thin film heater 422 made of a Ti film is formed in the lower part of the wavelength conversion element 420, that is, in the vicinity of the optical waveguide 421.
  • the temperature of the wavelength conversion element 420 can be maintained at a predetermined temperature.
  • the thin film heater 422 is not in contact with the silicon substrate 401 due to the groove 402 of the silicon substrate 401, the heat of the thin film heater 422 is not easily transmitted to the silicon substrate 401.
  • JP-A-6-338650 page 5, FIG. 5
  • JP-A-2000-244048 page 3, FIGS. 1 and 2
  • the groove 402 is formed in the silicon substrate 401 by etching or the like in order to thermally shut off the optical waveguide 421 and the silicon substrate 401. For this reason, the silicon substrate 401 requires an etching process, and the manufacturing process is complicated.
  • the air layer 403 inside the groove 402 of the silicon substrate 401 is heated in some cases and is cooled in some cases.
  • the air layer 403 repeats expansion and contraction, but since the air layer 403 does not have a flow path from the silicon substrate 401 to the outside, pressure changes repeatedly occur in the air layer 403.
  • the present invention aims to provide an optical device for solving the above problems.
  • a gap is formed between the optical waveguide and the substrate without providing a groove or the like in the substrate, and light is not stressed on the optical element even if it is heated by the heater for temperature control. Intended to provide a device.
  • Still another object of the present invention is to provide a highly reliable optical device by preventing the adhesion of dust to the optical waveguide.
  • Still another object of the present invention is to provide an optical device capable of efficiently performing partial temperature control of an optical waveguide.
  • the optical device comprises a substrate, an optical element having an optical waveguide formed on the surface facing the substrate, a junction formed on the substrate so as to sandwich the optical waveguide and heating the optical waveguide. It has a heater formed on at least one of an optical element or a substrate and a micro bump structure made of a metal material, and is joined via the micro bump structure so that a gap is formed between the optical waveguide and the substrate It is characterized in that the part and the optical element are joined.
  • the micro bump structure has a gap that allows air to be taken in and out from the gap formed between the optical waveguide and the substrate.
  • the heater is preferably formed on the surface facing the substrate of the optical element.
  • the microbump structure is preferably made of Au and formed on the bonding portion, and the optical element preferably has an Au film for bonding to the microbump structure.
  • columnar protrusions having a height of 1 to 5 ⁇ m and a diameter of 2 to 10 ⁇ m be formed at an interval of 5 to 30 ⁇ m.
  • the heater is preferably composed of an ITO film or an InTiO film.
  • the heater is preferably formed in a strip shape along the longitudinal direction of the optical waveguide, and preferably further includes lead portions provided at predetermined intervals in the longitudinal direction of the heater for applying a voltage to the heater.
  • the lead-out portion preferably has a connecting portion that is formed to be thicker as it gets farther from the heater.
  • the optical device it is preferable to further include voltage application means for applying a pulse width modulation type voltage to the lead-out portion.
  • an optical element is bonded to a substrate by a micro bump structure made of a metal material.
  • a micro bump structure made of a metal material.
  • an optical element and a substrate are bonded by a bonding portion having a micro bump structure positioned with an optical waveguide interposed therebetween. For this reason, since the flow path of the air layer around the optical waveguide can be secured by the gap inside the micro bump, the pressure change of the air layer due to the heating of the heater can be suppressed and the stress can be prevented from being applied to the optical element. . As a result, the occurrence of distortion of the optical element due to the pressure change of the air layer can be prevented, and problems such as deterioration of wavelength conversion characteristics and output reduction due to misalignment of the optical element can be solved.
  • the micro bump structure is a structure in which a large number of very thin and narrow flat gaps are formed, dust such as dust or foreign matter can not pass through the micro bumps even if air flows through the gaps. It is possible to prevent dust from adhering to the periphery of the optical waveguide. As a result, it is possible to prevent the characteristic variation of the optical element due to the influence of the adhesion of dust and the like, and to provide a highly reliable optical device having stable characteristics for a long period of time.
  • the optical device comprises an ITO film or an InTiO film as a heater for adjusting the temperature of the optical device
  • the ITO film or the InTiO film is transparent, so the optical waveguide is disposed even in the vicinity of the optical waveguide of the optical device.
  • the temperature characteristics of the optical element can be corrected efficiently and accurately without adversely affecting the characteristics of
  • the optical device may have at least three lead portions provided at predetermined intervals to apply a voltage to the heater formed in a strip shape along the longitudinal direction of the optical waveguide.
  • the heater is divided into regions of predetermined resistances R, and the lead-outs are connected to both ends of each resistance R, and the current flowing through the resistances R of the divided heaters according to the voltage applied to each terminal lead-out.
  • the optical device it is possible to apply a phase-shifted rectangular wave to each control voltage terminal by performing pulse width modulation control on the current supplied to the heater. In that case, compared with analog (peak value) control, it becomes possible to easily realize precise temperature control by digital control using a simple digital circuit.
  • FIG. 1 is a diagram schematically illustrating the entire configuration of an optical device 1; It is AA 'cross section figure of the optical device 1 shown in FIG. It is a top view of the optical device 1 shown in FIG. It is a typical perspective view explaining that silicon substrate 10 and wavelength conversion element 20 are joined by microbumps. It is a typical side view explaining that silicon substrate 10 and wavelength conversion element 20 are joined by microbumps. It is a figure for demonstrating the alignment adjustment of the height direction by a micro bump. It is a typical expansion top view of optical device 1 for explaining circulation of air near the optical waveguide. It is a figure which shows the example of micro bump 30a, 30b which has a grid-like arrangement
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of another optical device 100.
  • FIG. FIG. 5 is an enlarged top view of a part of the wavelength conversion element 20 of the optical device 100.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view of still another optical device 110.
  • FIG. 11 is a top view schematically showing a silicon substrate 10 and a wavelength conversion element 20 of the optical device 110 shown in FIG. 10.
  • FIG. 16 is a diagram schematically showing the overall configuration of another optical device 200.
  • FIG. 6 is a plan view of the optical device 200. It is D-D 'sectional drawing of FIG. FIG. 6 is a plan view of the wavelength conversion element 201.
  • FIG. 5 is a plan view of a silicon substrate 207.
  • FIG. 6 is a perspective view illustrating that the silicon substrate 207 and the wavelength conversion element 201 are bonded by the micro bumps 330.
  • FIG. 6 is a side view illustrating that the silicon substrate 207 and the wavelength conversion element 201 are bonded by the micro bumps 330.
  • It is an explanatory view showing the composition of a part of optical device 209. As shown in FIG. It is explanatory drawing which shows the example of application of the voltage to each terminal Ta and Tb. It is a figure which shows the example of control in case there is no phase difference in the voltage applied to terminal Ta, and the voltage applied to terminal Tb.
  • FIG. 16 is a plan view of a wavelength conversion element 301 in still another optical device 300. It is sectional drawing of the wavelength conversion element 301 shown in FIG. It is a figure which shows the modification of the wavelength conversion element 301 shown in FIG. It is a figure for demonstrating the detection system of a heater applied voltage. It is a figure for demonstrating the other detection system of a heater applied voltage. It is a graph which shows an example of the change of the harmonic output (HFO) with respect to the environmental temperature (T) of a wavelength conversion element. It is a figure which shows the short wavelength laser light source disclosed by patent document 1.
  • an optical device will be described by taking an optical device mounted with a wavelength conversion element for converting incident light into a second harmonic as an example.
  • the invention is not limited to the embodiments described in the drawings or below.
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing the overall configuration of the optical device 1.
  • the optical device 1 is a plate-like silicon substrate 10, a wavelength conversion element 20 as an optical element joined onto the silicon substrate 10, and a semiconductor joined onto the silicon substrate 10 and emitting laser light.
  • the laser 3 and the substrate 4 bonded to the silicon substrate 10 to fix the optical fiber 5 are provided.
  • the optical device 1 has a ridge type wavelength conversion element mounted as an optical element, and a heater for adjusting the temperature of the wavelength conversion element as temperature characteristic correction means is formed of an ITO film covering the entire lower surface of the wavelength conversion element.
  • the semiconductor laser 3 emits a fundamental wave (not shown) of infrared light when supplied with a drive voltage from the silicon substrate 10 by means not shown.
  • the wavelength conversion element 20 receives infrared light from the semiconductor laser 3 from the entrance 22 a of the optical waveguide 22 (indicated by a broken line), converts the light into harmonics inside the optical waveguide 22, and converts it into green light or blue light.
  • the laser beam L 1 is emitted from the emission port 22 b of the optical waveguide 22 and emitted to the optical fiber 5.
  • the laser beam L1 incident on the optical fiber 5 passes through the optical fiber 5 and is transmitted to an external optical system (not shown).
  • the semiconductor laser 3 oscillates infrared light with a wavelength of 1064 nm, and the wavelength conversion element 20 converts it into green laser light with a wavelength of 532 nm.
  • the semiconductor laser 3 oscillates infrared light with a wavelength of 860 nm, and the wavelength conversion element 20 converts it into blue laser light with a wavelength of 430 nm.
  • the optical device 1 can be used for a light source device such as a small projector using a laser beam as a light source.
  • the external view of the optical device 1 shown in FIG. 1 is also applicable to the other optical devices 100 and 110 described later.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the optical device 1 shown in FIG.
  • the wavelength conversion element 20 of the optical device 1 is a ridge type wavelength conversion element of SHG crystal whose main component is lithium niobate (LiNbO3).
  • the optical waveguide 22 is formed in the protrusion 21c between the recesses 21a and 21b.
  • the optical waveguide 22 is formed on the surface facing the silicon substrate 10 along the longitudinal direction substantially at the center of the lower part of the wavelength conversion element 20.
  • the optical waveguide 22 has a function of receiving the fundamental wave from the semiconductor laser 3 (see FIG. 1), converting it into a harmonic and emitting it.
  • the entire lower surface of the wavelength conversion element 20 is covered with a thin indium oxide film 25 (hereinafter referred to as the ITO film 25).
  • the ITO film 25 is disposed on the surface facing the silicon substrate 10 on the entire lower surface including the surfaces of the concave portions 21a and 21b and the convex portion 21c.
  • the ITO film 25 has a function as a heater for heating the optical waveguide 22 as a temperature characteristic correction unit of the wavelength conversion element 20.
  • Au films 23 a and 23 b are formed on the flat portions 20 a and 20 b which are left and right on the lower surface of the wavelength conversion element 20 in the drawing.
  • the Au films 23a and 23b are formed on the surface of the ITO film 25 formed on the flat portions 20a and 20b.
  • the first and second junctions are excellent in conductivity and thermal conductivity, and have a predetermined thickness, at positions facing the flat portions 20a and 20b of the wavelength conversion element 20 on the top surface of the silicon substrate 10 and sandwiching the optical waveguide 22 Micro bumps 30a and 30b made of Au having a thickness are respectively formed.
  • the silicon substrate 10 and the wavelength conversion element 20 are joined at room temperature activation.
  • the wavelength conversion element 20 is mounted on the silicon substrate 10 with the optical waveguide 22 facing the silicon substrate 10 (face down) and with the optical waveguide 22 close to the silicon substrate 10. Since the micro bumps 30a and 30b are made of Au excellent in conductivity and thermal conductivity, the wavelength conversion element 20 and the silicon substrate 10 can be surely mechanically, electrically and thermally by the micro bumps 30a and 30b. Combined.
  • a gap 26 by an air layer exists between the wavelength conversion element 20 and the silicon substrate 10.
  • the optical waveguide 22 located below the wavelength conversion element 20 is not in contact with the silicon substrate 10 due to the gap 26.
  • the left, right, and lower surfaces around the optical waveguide 22 are covered with an air layer by a gap 26. Due to the presence of the gap 26, three surfaces on the left, right, and lower sides around the optical waveguide 22 become air layers, and light can be confined to the optical waveguide 22 using the difference in refractive index between the air layer and the optical waveguide 22.
  • the three surfaces on the left and right and the lower surface of the optical waveguide 22 are covered with the ITO film 25.
  • the ITO film 25 is thin and transparent, the ITO film 25 hardly affects the characteristics of the optical waveguide 22.
  • the reason why the gap 26 can be formed between the wavelength conversion element 20 and the silicon substrate 10 is that the wavelength conversion element 20 and the silicon substrate 10 are joined by the microbumps 30a and 30b, and the microbumps 30a and 30b have a predetermined thickness. It is because it has. That is, the wavelength conversion element 20 is bonded to the silicon substrate 10 at a distance corresponding to the thickness of the micro bumps 30 a and 30 b.
  • the microbumps 30 a and 30 b having a predetermined thickness mechanically, electrically and thermally couple the wavelength conversion element 20 and the silicon substrate 10, and form a gap for forming an air layer around the optical waveguide 22. It also has the ability to secure 26.
  • the ITO film 25 When a predetermined current is supplied from the silicon substrate 10 to the ITO film 25 through the microbumps 30a and 30b by means not shown, the ITO film 25 generates heat because it has a predetermined electric resistance. Therefore, the optical waveguide 22 covered with the ITO film 25 can be efficiently heated. Since the ITO film 25 is a solid pattern covering the entire lower surface of the wavelength conversion element 20, the entire optical waveguide 22 can be uniformly heated uniformly, and the laser light from the wavelength conversion element 20 can be used even if the environmental temperature changes. The output can be stabilized.
  • the ITO film 25 can be brought close to the optical waveguide 22 because the ITO film 25 is transparent. That is, even when the laser beam strikes the ITO film 25 which is a heater during alignment of the semiconductor laser 3 and the wavelength conversion element 20, the ITO film 25 is not heated and burned by the laser beam. Therefore, the ITO film 25 as a heater can be formed in contact with the optical waveguide 22, and the optical waveguide 22 can be efficiently heated and temperature controlled.
  • the microbumps 30 a and 30 b are formed evenly on the left and right sides of the optical waveguide 22 of the wavelength conversion element 20, and the microbumps are not arranged directly under or near the optical waveguide 22. Is adopted. There are three reasons for this:
  • the optical waveguide 22 of the wavelength conversion element 20 confines light inside using a refractive index difference with the surrounding area (air layer).
  • a metal such as a micro bump directly contacts the optical waveguide 22
  • the optical waveguide 22 changes its refractive index difference with the surroundings, and light can not be confined as designed, and the performance of the optical waveguide 22 is degraded.
  • the microbumps 30a and 30b are formed in the area other than the area immediately below the optical waveguide 22 without arranging the microbumps immediately below and in the vicinity of the optical waveguide 22. Therefore, in the optical device 1, since the microbumps are not in direct contact with the optical waveguide 22, the difference in refractive index between the optical waveguide 22 and the surroundings does not change, and light can be confined as designed. The performance degradation of the waveguide 22 does not occur.
  • the microbumps are not formed immediately below or in the vicinity of the optical waveguide 22 and are separated from the optical waveguide 22. Therefore, even if there is laser light which is not coupled to the optical waveguide 22 among infrared light emitted from the semiconductor laser 3, the laser light does not hit the microbumps, and the wavelength conversion element 20 is adversely affected. Absent.
  • FIG. 3 is a top view of the optical device 1 shown in FIG.
  • the wavelength conversion element 20 is shown in transmission for the purpose of making the structure easy to understand.
  • An elongated optical waveguide 22 is disposed in the longitudinal direction substantially at the center of the wavelength conversion element 20, and the microbump 30a as a first joint and the microbump as a second joint are disposed with the optical waveguide 22 interposed therebetween.
  • 30b are disposed side by side in the longitudinal direction of the wavelength conversion element 20.
  • the micro bumps 30a and 30b are, for example, 4 .mu.m in diameter and 2.5 .mu.m in height, are formed at intervals of 10 .mu.m or 25 .mu.m, and are arranged evenly on the left and right of the optical waveguide 22.
  • the diameter of the bumps is preferably 2 to 10 ⁇ m
  • the height of the bumps is preferably 1 to 5 ⁇ m
  • the pitch of the bumps is preferably 5 to 30 ⁇ m.
  • the gaps 26 around the left, right, and lower surfaces of the optical waveguide 22 formed by the microbump structure are formed to cover the entire region in the longitudinal direction of the optical waveguide 22 as shown in FIG. 26, see FIG. 1).
  • light is confined in the entire region in the longitudinal direction of the optical waveguide 22 by the difference in refractive index between the optical waveguide 22 and the air layer due to the gap 26, infrared light from the semiconductor laser 3 is received, and the inside of the optical waveguide 22 is The wavelength conversion is performed, and the laser beam L1 can be emitted to the optical fiber 5 from the emission port 22b.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining a micro bump bonding method.
  • FIG. 4A is a schematic perspective view illustrating that the silicon substrate 10 and the wavelength conversion element 20 are bonded by the microbumps.
  • FIG. 4B is a schematic side view illustrating that the silicon substrate 10 and the wavelength conversion element 20 are joined by the microbumps.
  • a large number of cylindrical micro bumps 30 made of Au are formed on the Au film on the upper surface of the silicon substrate 10.
  • an Au film 23 is formed on the lower surface of the wavelength conversion element 20, that is, the surface to be bonded to the silicon substrate 10.
  • the surface of the micro bump 30 and the surface of the Au film 23 are activated.
  • the micro bumps 30 are slightly deformed in the thickness direction according to the load, and the silicon substrate 10 and the wavelength conversion element 20 are bonded at normal temperature (normal temperature Activated junction).
  • the room temperature activation bonding is performed because Au is activated.
  • the manufacturing process can be simplified. Further, there is no concern that the silicon substrate 10 and the wavelength conversion element 20 will be misaligned due to heating, and the positional relationship between the silicon substrate 10 and the wavelength conversion element 20 can be maintained with high accuracy for bonding. Furthermore, since the Au micro bumps 30 have a thermal conductivity of about 320 W / (m ⁇ K) and heat is very easily transmitted, the heat from the wavelength conversion element 20 can be efficiently transferred to the silicon substrate 10. Therefore, the silicon substrate 10 can function as a heat sink of the wavelength conversion element 20.
  • a gap 26m having an air layer is formed between the individual bumps.
  • the gap 26m inside the micro bump 30 plays an important role as described later. Further, since the gap 26 between the optical waveguide 22 formed in the wavelength conversion element 20 and the silicon substrate 10 is secured by the micro bump structure (see FIG. 2), a groove for securing the gap on the silicon substrate 10 side The process of providing the silicon substrate 10 is not required, and the manufacturing process of the silicon substrate 10 can be simplified.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining alignment adjustment in the height direction by the microbumps.
  • FIG. 5 is a schematic side view of the optical device 1 shown in FIG. 1 as viewed from the side.
  • Micro bumps 30 for bonding the wavelength conversion element 20 are formed on the upper surface of the silicon substrate 10, micro bumps 33 for bonding the semiconductor laser 3 are formed, and micro bumps 34 for bonding the sub-substrate 4. Is formed.
  • the micro bumps 30, 33 and 34 have the same form.
  • the micro bumps 30, 33, 34 are formed on the surface of the silicon substrate 10, for example.
  • a predetermined load K1 is applied to the semiconductor laser 3 while aligning the semiconductor laser 3 in the planar direction by means not shown, the thickness of the individual bumps in the microbumps 33 is deformed according to the load K1.
  • the semiconductor laser 3 and the silicon substrate 10 are bonded.
  • the bonded semiconductor laser 3 is driven to emit infrared light (not shown), and while the alignment of the wavelength conversion element 20 in the plane direction is performed in this state, a predetermined load K2 is applied to the wavelength conversion element 20 Is added little by little to bond to the silicon substrate 10 while deforming the thickness of the micro bumps 30.
  • a predetermined load K2 is applied to the wavelength conversion element 20 Is added little by little to bond to the silicon substrate 10 while deforming the thickness of the micro bumps 30.
  • infrared light from the semiconductor laser 3 is made incident on the optical waveguide 22 of the wavelength conversion element 20, and light emitted from the optical waveguide 22 is detected by a detector (not shown).
  • a detector not shown
  • a predetermined load K3 is gradually applied to the sub-substrate 4 to make the thickness of the micro bumps 34 It is bonded to the silicon substrate 10 while being deformed.
  • the light emitted from the wavelength conversion element 20 is incident on the optical fiber 5 fixed by the sub-substrate 4, and the light emitted from the optical fiber 5 is detected by a detector (not shown).
  • a detector not shown
  • the semiconductor laser 3 mounted on the silicon substrate 10, the wavelength conversion element 20, and the optical fiber 5 fixed to the sub substrate 4 can be respectively aligned to realize an optical device optically coupled with high accuracy.
  • alignment between elements is extremely important.
  • the thickness of the microbumps can be changed by adjusting the load at the time of bonding the mounted components, so alignment adjustment in the height direction of the mounted components can be performed with high accuracy, and high accuracy between the elements Alignment can be easily realized.
  • the optical device 1 can prevent stress on the wavelength conversion element 20 and the like, and thus has high reliability.
  • FIG. 6 is a schematic enlarged top view of the optical device 1 for describing the flow of air in the vicinity of the optical waveguide.
  • the wavelength conversion element 20 is shown as being transmitted for the sake of easy understanding of the structure, and parts other than the wavelength conversion element 20 are omitted.
  • the optical waveguide 22 is disposed substantially at the center of the wavelength conversion element 20, the microbumps 30a and 30b are formed on the left and right of the optical waveguide 22 in the drawing, and the wavelength conversion element 20 includes the microbumps 30a. , 30b bond to the silicon substrate 10.
  • the individual bumps of the microbumps 30a and 30b are arranged in a grid in the vertical and horizontal directions.
  • the number of each bump of micro bump 30a, 30b shown in FIG. 6 is described in small numbers in order to make arrangement
  • a gap 26 is formed around the optical waveguide 22, and an air layer 27 exists in the gap 26.
  • a large number of very thin planar gaps 26m are formed on the microbumps 30a and 30b by the arrangement of the bumps, and the air layer 27 is also present in the gaps 26m inside the microbumps 30a and 30b.
  • the ITO film 25 is formed on the entire lower surface of the wavelength conversion element 20 as described above, but is omitted in FIG.
  • the ITO film 25 When electricity is supplied to the ITO film 25 (see FIG. 2) functioning as a heater via the micro bumps 30a and 30b, the ITO film 25 generates heat to heat the optical waveguide 22 and its periphery, but the periphery of the optical waveguide 22 is heated by heating.
  • the air layer 27 present in the part expands. The expansion of the air layer 27 causes the pressure of the air layer 27 to rise. However, the air layer 27 passes through the many gaps 26 m inside the micro bumps 30 a and 30 b in the left and right direction as shown by the arrow B 1 and diffuses to the outside of the wavelength conversion element 20. Is kept almost constant.
  • the heating by the ITO film 25 reaches a predetermined temperature
  • the current supplied to the ITO film 25 is stopped by control means (not shown).
  • the temperature of the optical waveguide 22 and its peripheral portion is It falls in a relatively short time.
  • the air layer 27 has a flow path (arrow B1) by the gap 26m between the microbumps 30a and 30b. Therefore, the pressure of the air layer 27 is kept approximately constant. Therefore, stress can be prevented from being applied to the wavelength conversion element 20. As a result, generation of distortion of the wavelength conversion element 20 due to pressure change of the air layer 27 is prevented, and problems such as fluctuation of wavelength conversion characteristics and fluctuation of emitted light due to misalignment of the wavelength conversion element 20 are eliminated. Can realize an excellent optical device.
  • the micro bumps 30a and 30b are composed of bumps having a very small thickness and a narrow distance, even if many gaps 26m inside the micro bumps are formed in a plane, the height is Thin and narrow. Therefore, dust of such a size as to cause a problem from the gap 26m between the micro bumps 30a and 30b can not penetrate. As a result, it is possible to prevent the characteristic variation of the wavelength conversion element due to the influence of the adhesion of dust and the like around the optical waveguide 22, and to provide a highly reliable optical device having stable characteristics for a long period of time.
  • temperature control is performed to turn on and off the current to the ITO film 25 which is a heater while measuring the temperature so as to maintain the temperature at a predetermined temperature.
  • the current to the ITO film 25 is turned on, the optical waveguide 22 and its peripheral portion are heated, and when the current is turned off, the optical waveguide 22 and its peripheral portion are cooled by the function of the silicon substrate 10 as a heat sink.
  • the temperature of the optical waveguide 22 and its peripheral portion is maintained in an appropriate temperature range, it is possible to realize an optical device that outputs high-power and stable laser light.
  • the arrangement of the micro bumps 30a and 30b shown in FIG. 6 is an arrangement in which the bumps are arranged in a grid in the longitudinal and lateral directions, the arrangement of the bumps is not limited to this.
  • FIG. 7 is a view for explaining the flow of air by another arrangement of micro bumps.
  • FIG. 7 (a) shows an example of the micro bumps 30a, 30b having a zigzag arrangement
  • FIG. 7 (b) shows an example of the micro bumps 30a, 30 b having a random arrangement.
  • the air layer 27 in the gap 26 around the optical waveguide 22 repeats expansion and contraction by turning the current to the ITO film 25 ON and OFF, but the air layers 27 are arranged in a row.
  • a large number of gaps 26m of the micro bumps 30a and 30b are passed as indicated by the arrow B2. Therefore, the pressure of the air layer 27 in the gap 26 is kept substantially constant as the air layer 27 repeats diffusion to the outside and absorption from the outside. The flow of air in the case of absorption is opposite to the direction of the arrow B2.
  • the air layer 27 in the gap 26 around the optical waveguide 22 repeats expansion and contraction by turning the current to the ITO film 25 ON and OFF, but the air layers 27 are microbumps arranged randomly.
  • a number of gaps 26m of 30a, 30b are passed as shown by arrow B3. Therefore, the pressure of the air layer 27 in the gap 26 is kept substantially constant by repeating the diffusion to the outside and the absorption from the outside. The flow of air in the case of absorption is opposite to the direction of the arrow B3.
  • the arrangement of the microbumps 30a and 30b is lattice-like, green-like, or random-like, provided that the microbumps have a predetermined thickness and a predetermined range of intervals, and the gaps 26m of the bumps are flowed through the air layer 27. It becomes a path
  • the heater for adjusting the temperature of the wavelength conversion element 20 is configured by the ITO film 25 covering the entire lower surface of the wavelength conversion element 20, and the ITO film 25 as a heater is used as the wavelength conversion element 20. It is disposed close to the optical waveguide 22 to be formed. Therefore, the optical device 1 can perform temperature control (temperature management) efficiently and accurately. Further, in the optical device 1, since the micro bump structure is adopted for bonding, the groove on the silicon substrate 10 side is unnecessary, and the distortion of the wavelength conversion element 20 due to the pressure change and the dust on the optical waveguide 22 It prevents intrusion and is highly reliable.
  • an InTiO film instead of the ITO film 25, an InTiO film may be used.
  • the InTiO film is a film in which Ti is added to indium oxide.
  • an ITO film is also applicable, but Is preferred. This is because the InTiO film has conductivity similar to that of the ITO film, and has higher transmittance and lower absorption than the ITO film in the long wavelength region.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view of another optical device 100.
  • the outline of the entire configuration of the optical device 100 is the same as that of the optical device 1 shown in FIG. 1, and FIG. 8 shows a cross-sectional view of the optical device 100 at the same position as AA ′ shown in FIG.
  • the same elements as those of the optical device 1 are denoted by the same reference numerals, and overlapping descriptions will be partially omitted.
  • the wavelength conversion element 20 in FIG. 8 is a ridge type structure of SHG crystal whose main component is LiNbO 3.
  • the optical waveguide 22 is formed in the protrusion 21c between the recesses 21a and 21b.
  • the optical device 100 has a ridge-type wavelength conversion element mounted as an optical element, and a heater for adjusting the temperature of the wavelength conversion element is formed of an Au film on the lower surface of the wavelength conversion element excluding the periphery of the optical waveguide of the wavelength conversion element. ing.
  • Thin Au films 40 and 41 are formed on the lower surface of the wavelength conversion element 20 across the optical waveguide 22, that is, on the flat portions 20 a and 20 b and partial regions of the concave portions 21 a and 21 b. A part of the Au films 40 and 41 is formed along the optical waveguide 22 and functions as a heater for heating the optical waveguide 22. The detailed pattern shape of the Au films 40 and 41 will be described later. The Au films 40 and 41 are not formed in the vicinity of the optical waveguide 22 but are arranged at a predetermined distance.
  • the upper surface of the silicon substrate 10 is made of Au having a predetermined thickness and excellent conductivity as well as the optical device 1 at positions facing the flat portions 20 a and 20 b.
  • Micro bumps 30a and 30b are respectively formed.
  • the silicon substrate 10 and the wavelength conversion element 20 are activated at normal temperature by aligning and pressing the micro bumps 30 a and 30 b on the silicon substrate 10 and the Au films 40 and 41 of the flat portions 20 a and 20 b of the wavelength conversion element 20. Bond.
  • a gap 26 by an air layer exists by the micro bumps 30a and 30b.
  • the optical waveguide 22 located in the lower part of the wavelength conversion element 20 is not in contact with the silicon substrate 10 due to the gap 26, and the left and right and the lower surface of the optical waveguide 22 are covered with the air layer. Due to the presence of the gap 26, three surfaces on the left, right, and lower sides around the optical waveguide 22 become air layers, and light can be confined to the optical waveguide 22 using the difference in refractive index with the air layer around this.
  • FIG. 9 is an enlarged top view of a part of the wavelength conversion element 20 of the optical device 100.
  • the optical waveguide 22 is disposed in the longitudinal direction substantially at the center of the wavelength conversion element 20, and Au films 40 and 41 as heaters are formed on the lower surface of the wavelength conversion element 20 with the optical waveguide 22 interposed therebetween. It is done.
  • the Au films 40 and 41 have heater portions 40a and 41a.
  • the heater portions 40a and 41a are formed in a narrow linear shape so as to have a predetermined electrical resistance, sandwich the optical waveguide 22, and maintain the predetermined distance from the optical waveguide 22 along the longitudinal direction of the optical waveguide 22 It is done.
  • the heater units 40a and 41a are connected to a plurality of lead-out units 40b and 41b connected at predetermined intervals, and the lead-out units 40b and 41b are connected to the electrodes 40c and 41c. That is, the Au films 40 and 41 are configured by the heater portions 40a and 41a, the plurality of lead portions 40b and 41b, and the plurality of electrodes 40c and 41c.
  • the heater parts 40a and 41a of the Au films 40 and 41 are formed in the concave parts 21a and 21b of the wavelength conversion element 20, and the electrodes 40c and 41c are formed in the flat parts 20a and 20b. , 41b are formed from the concave portions 21a, 21b to the flat portions 20a, 20b.
  • 8 is a cross-sectional view showing a cross section along substantially the center of one of the lead-out portions 40b and 41b shown in FIG.
  • Micro bumps 30 a and 30 b are formed on the silicon substrate 10 facing the respective electrodes 40 c and 41 c.
  • the wavelength conversion element 20 and the silicon substrate 10 are pressurized, the wavelength conversion element 20 and the silicon substrate 10 are joined at room temperature activation, and mechanically, electrically, and thermally coupled Do.
  • a predetermined voltage is supplied from the silicon substrate 10 to the plurality of electrodes 40c and 41c via the microbumps 30a and 30b, a current flows to the heater portions 40a and 41a to generate heat, and the optical waveguide 22 and its Temperature can be adjusted by heating the surroundings.
  • a voltage V1 is applied between two electrodes 40c shown in FIG. 9 and a different voltage V2 is applied between the other electrodes 40c.
  • the electric resistance of the heater unit 40a to which the voltage V1 is applied is R1
  • the electric resistance of the heater unit 40a to which the voltage V2 is applied is R2.
  • the temperature is adjusted to be high because it is easily influenced by the outside air, and in the block of the optical waveguide 22 near the center of the optical device, the temperature is adjusted to be lower Fine temperature control can be performed according to the external environment.
  • the heater 40a on the left side of the optical waveguide 22 in the drawing has been described above, different voltages are similarly applied between the electrodes 41c for the heater 41a on the right of the drawing to adjust the temperature for each block. can do. It is preferable that the temperature adjustment be performed simultaneously for both the left and right heater parts 40a and 41a, but the temperature adjustment may be performed separately for the left and right as necessary.
  • the optical device 100 although a plurality of electrodes are provided for one heater unit and temperature adjustment can be performed for each block, it is not limited to this configuration. For example, only at both ends of the heater unit By providing an electrode and applying a predetermined voltage, a simple control may be performed to collectively adjust the temperature of the entire heater unit.
  • the heaters for heating the optical waveguide 22 are formed of the Au films 40 and 41, the lower surface of the wavelength conversion element 20 is bonded to the microbumps 30a and 30b on the silicon substrate 10 side.
  • the manufacturing process of the wavelength conversion element 20 can be simplified by the optical device 1 in which the Au film is formed on the surface of the ITO film.
  • the heater portions 40a and 41a of the Au films 40 and 41 are formed along the longitudinal direction of the optical waveguide 22, heat generation from the heater portions 40a and 41a is efficiently transmitted to the optical waveguide 22 and its peripheral portion There is also an advantage that can be done.
  • the micro bump structure is used to form the gap 26 (see FIG. 8) between the wavelength conversion element 20 and the silicon substrate 10. There is an advantage that it is not necessary to set up etc. Further, in the optical device 100, similarly to the optical device 1, there is also an advantage that the flow path of the air layer around the optical waveguide 22 is secured, and the stress on the optical waveguide 22 can be prevented. Furthermore, in the optical device 100, as in the optical device 1, the microbumps have a structure in which a large number of very thin narrow gaps are formed. There is also an advantage that can be prevented.
  • the ITO film used in the optical device 1 may be used instead of the Au films 40 and 41 functioning as a heater.
  • Au films 23 a and 23 b are formed on the surface of the flat portions 20 a and 20 b of the wavelength conversion element 20 on which the ITO film is formed. It should be joined with 30b.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view of still another optical device 110.
  • the outline of the overall configuration of the optical device 110 is the same as that of the optical device 1 shown in FIG. 1, and FIG. 10 shows a cross-sectional view of the optical device 110 at the same position as AA ′ shown in FIG.
  • the same elements as those of the optical device 1 are denoted by the same reference numerals, and overlapping descriptions will be partially omitted.
  • the wavelength conversion element 20 in FIG. 10 is a ridge type structure of SHG crystal whose main component is LiNbO 3.
  • the optical waveguide 22 is formed in the protrusion 21c between the recesses 21a and 21b. Since the optical waveguide 22 is formed in the convex portion 21c between the two concave portions 21a and 21b, the three surfaces around the optical waveguide 22 become air layers, and light is transmitted using the refractive index difference from the surrounding air layers. It can be closed.
  • Au films 23 a and 23 b are formed on the two plane portions 20 a and 20 b other than the concave portions 21 a and 21 b in the lower part of the wavelength conversion element 20.
  • the optical device 110 mounts a ridge type wavelength conversion element as an optical element, and a heater for adjusting the temperature of the wavelength conversion element is mounted on the side of the silicon substrate to be joined to the wavelength conversion element.
  • micro bumps 30 a and 30 b made of Au having excellent conductivity and thermal conductivity are provided at positions facing the flat portions 20 a and 20 b of the wavelength conversion element 20 on the upper surface of the silicon substrate 10. Each is formed. As a result, the micro bumps 30 a and 30 b on the silicon substrate 10 and the Au films 23 a and 23 b on the lower surface of the wavelength conversion element 20 are activated at room temperature to bond the silicon substrate 10 and the wavelength conversion element 20.
  • heaters 50a and 50b which are temperature adjusting means of the wavelength conversion element 20, are formed.
  • the micro bumps 30a and 30b are formed close to the top of the heaters 50a and 50b, respectively. Therefore, the heaters 50 a and 50 b and the micro bumps 30 a and 30 b are disposed with the optical waveguide 22 of the wavelength conversion element 20 interposed therebetween.
  • the heaters 50 a and 50 b and the microbumps 30 a and 30 b are not formed immediately below the optical waveguide 22, but are formed in a region away from immediately below the optical waveguide 22.
  • the heat generated when the heaters 50a, 50b are energized passes through the micro bumps 30a, 30b excellent in thermal conductivity, and the optical waveguide of the wavelength conversion element 20 by the route indicated by the arrow C1. It is transmitted to the vicinity of 22. Therefore, the heat generated by energizing the heaters 50a and 50b can efficiently heat the optical waveguide 22 and adjust its temperature.
  • the details of the micro bumps 30a and 30b and the heaters 50a and 50b will be described later.
  • FIG. 11 is a top view schematically showing the silicon substrate 10 and the wavelength conversion element 20 of the optical device 110 shown in FIG.
  • the semiconductor laser 3, the sub-substrate 4, the micro bumps 30a and 30b, and the like are omitted, and they are described as perspective views so that the positional relationship between the silicon substrate 10 and the wavelength conversion element 20 becomes clear.
  • the optical waveguide 22 is formed from one end to the other end in the longitudinal direction of the wavelength conversion element 20, and in the drawing, the laser of the harmonic wave from the emission port 22b of the end of the upper optical waveguide 22 Light L1 is emitted.
  • the two rows of heaters 50 a and 50 b are formed along the left and right sides of the optical waveguide 22 so as to sandwich the optical waveguide 22 in the vicinity of the optical waveguide 22.
  • the entire optical waveguide 22 can be uniformly heated by the heaters 50a and 50b, and the temperature can be adjusted.
  • the heaters 50a and 50b are connected in parallel by the wiring patterns 50c and 50d, and are connected to the electrodes 50e and 50f on the silicon substrate 10. By applying a voltage to the electrodes 50e and 50f from the outside to supply a predetermined current, the heaters 50a and 50b can be heated to adjust the temperature of the optical waveguide 22 of the wavelength conversion element 20.
  • the optical device 110 two rows of heaters 50a and 50b are provided on the side of the silicon substrate 10 with the optical waveguide 22 in between, and the Au micro bumps 30a and 30b are disposed above the heaters 50a and 50b. Therefore, the heat generated by the heaters 50a and 50b of the silicon substrate 10 can be efficiently transmitted to the optical waveguide 22 through the microbumps 30a and 30b, and the temperature adjustment of the wavelength conversion element 20 can be performed.
  • the microbumps 30a, 30b and the heaters 50a, 50b are formed immediately below the flat portions 20a, 20b of the wavelength conversion element 20, and the microbumps and the heaters are formed directly below the optical waveguide 22.
  • the heater driving circuit for driving the heaters 50a and 50b is built in the silicon substrate 10, the electrodes 50e and 50f connected to the outside are unnecessary, and both ends of the heaters 50a and 50b are built-in heaters. It will be connected to the drive circuit.
  • the silicon substrate 10 can incorporate not only the heater drive circuit but also a circuit for driving the semiconductor laser 3 (see FIG. 2) and various other circuits.
  • the optical device 110 forms the heater for adjusting the temperature of the wavelength conversion element 20 in the vicinity of the surface of the silicon substrate 10, there is no need to form the heater on the wavelength conversion element 20 side.
  • the manufacturing process of the wavelength conversion element 20 can be simplified.
  • the heaters 50a and 50b formed on the silicon substrate 10 can be formed by a semiconductor process for manufacturing the silicon substrate 10, there is no need to add a new manufacturing process for the heater, and an optical device can be efficiently manufactured. Can.
  • the gap 26 (see FIG. 10) is formed between the wavelength conversion element 20 and the silicon substrate 10, the groove is formed in the silicon substrate 10.
  • the wavelength conversion element of the ridge type structure is shown as an example, the wavelength conversion element is not limited to the ridge type, and for example, a wavelength conversion element by proton exchange method or It may be an embedded type wavelength conversion element. Further, the optical element is not limited to the wavelength conversion element, and may be an optical element having another function.
  • the heater for adjusting the temperature of the wavelength conversion element 20 may be provided on both the wavelength conversion element side and the silicon substrate side.
  • optical devices 1, 100 and 110 described above can be widely used in various fields such as laser projectors, illumination devices using laser light, and optical tweezers as short wavelength laser light sources such as blue and green.
  • FIG. 12 is a diagram schematically showing the overall configuration of another optical device 200.
  • the optical device 200 includes a plate-like silicon substrate 207, a wavelength conversion element 201 as an optical element bonded onto the silicon substrate 207, and a semiconductor laser 203 for emitting laser light. .
  • the optical device 200 is supported by a metal member 204 which is a package material. Here, for convenience, it is shown as a plate-shaped metal member 204.
  • the metal member 204 fixes the silicon substrate 207 to mechanically protect the entire optical device 200, and also has a function as a heat dissipation means of the optical device 200.
  • the semiconductor laser 203 emits a fundamental wave (not shown) of infrared light when supplied with a drive current from the silicon substrate 207 by means not shown.
  • the wavelength conversion element 201 receives infrared light from the semiconductor laser 203 into the waveguide 201a (indicated by a broken line), converts the light into harmonic light inside the waveguide 201a, and converts the green or blue laser light L1. The light is emitted from the exit 1 b of the waveguide 22.
  • the semiconductor laser 203 oscillates infrared light with a wavelength of 1064 nm, and the wavelength conversion element 201 converts it into green laser light with a wavelength of 532 nm.
  • the semiconductor laser 203 oscillates infrared light with a wavelength of 860 nm, and the wavelength conversion element 201 converts it into blue laser light with a wavelength of 430 nm.
  • the optical device 200 shown in FIG. 12 can be used for a light source device such as a small projector using a laser beam as a light source.
  • FIG. 13 is a plan view of the optical device 200
  • FIG. 14 is a cross-sectional view taken along the line D-D 'of FIG.
  • the metal member 204 is abbreviate
  • FIG. 15 is a plan view of the wavelength conversion element 201, which corresponds to the plan view of the optical device 200 of FIG.
  • FIG. 16 is an enlarged view of a connection portion between the heater and the lead-out portion.
  • FIG. 17 is a plan view of the silicon substrate 207. As shown in FIG. FIG. 17 corresponds to the plan view of the optical device 200 of FIG.
  • the wavelength conversion element 201 is, for example, a proton exchange type wavelength conversion element of SHG crystal whose main component is LiNbO 3. As shown in FIG. 13 to FIG. 15, a waveguide 201a is formed at the approximate center of the lower part of the wavelength conversion element 201 by a proton exchange method. A strip-shaped heater 202 is formed at a location along the longitudinal direction of the waveguide 201 a via an SiO 2 film or the like.
  • the transparent conductive film forming the heater 202 is made of an indium oxide (ITO) film.
  • ITO indium oxide
  • InTiO may be used as the transparent conductive film for forming the heater 202.
  • the InTiO film is a film in which Ti is added to indium oxide.
  • an ITO film is also applicable. It is more preferable to use an InTiO film. This is because the InTiO film can be made to have a higher transmittance and a lower absorptivity than the ITO film in a long wavelength region while maintaining the same conductivity as the ITO film.
  • a plurality of lead-out portions 205 for applying a voltage to the heater 202 are formed at predetermined intervals with respect to the strip-like heater 202 using the same material as the heater 202.
  • the heater 202 is configured to be thin so as to have high resistance in order to function as a heater, and the lead-out portion 205 is configured so as to be lower in resistance than the heater 202.
  • At least three lead-out portions 205 are provided.
  • the connecting portion with the heater 202 is thin and is formed so as to become thicker as it goes away from the heater 202. This is to secure a large number of high-resistance regions functioning as the heater of the heater 202.
  • the heater 202 and the lead-out portion 205 can be simultaneously formed by patterning a transparent conductive film such as indium oxide (ITO).
  • the waveguide 202a can be uniformly formed without dividing the heater 202. Therefore, the optical influence of the heater 202 on the waveguide 201a can be suppressed.
  • an Au film 223 is formed so as to overlap with the lead-out portion 205 formed in the wavelength conversion element 201.
  • the Au film 223 is a metal film for bonding to a micro bump 230 formed on a silicon substrate 207 described later.
  • an electrode pattern 206 is formed on the silicon substrate 207 at a position corresponding to the Au film 223 formed on the wavelength conversion element 201.
  • micro bumps 230 for bonding to the Au film 223 of the wavelength conversion element 201 are formed.
  • terminals Ta and Tb for electrical connection with the outside are formed.
  • the terminals Ta and Tb are electrically connected to the heater 202 through the micro bumps 230, the Au film 223, and the lead-out portion 25, and a voltage can be applied to the heater 202 from the terminals Ta and Tb.
  • the optical device 200 shown in FIGS. 12 to 17 shows an example in which the heater 202 and the lead-out portion 205 are provided for the wavelength conversion element 201 having a proton exchange type waveguide.
  • the heater 202 and the lead-out portion 205 as shown in FIG. 13 to FIG. 15 for a wavelength conversion element having a ridge type waveguide.
  • FIG. 18 is a diagram for explaining micro bump bonding.
  • FIG. 18 (a) is a perspective view for explaining that the silicon substrate 207 and the wavelength conversion element 201 are bonded by the micro bumps 330
  • FIG. 18 (b) is a silicon substrate 207 and the wavelength conversion element 201.
  • FIG. 6 is a side view illustrating bonding by micro bumps 330.
  • a large number of cylindrical micro bumps 330 made of Au are formed on an Au thin film.
  • an Au thin film 223 is formed on the lower surface of the wavelength conversion element 201, that is, the surface to be bonded to the silicon substrate 207.
  • Au is activated and the silicon substrate 207 and the wavelength conversion element 201 are bonded at normal temperature (normal temperature activation bonding).
  • the diameter of the micro bump 330 is about 5 ⁇ m, and the height is about 1 ⁇ m.
  • the manufacturing process can be simplified. Further, the silicon substrate 207 and the wavelength conversion element 201 do not have to be displaced due to heating, and the silicon substrate 207 and the wavelength conversion element 201 can be joined with high accuracy.
  • FIG. 19 is an explanatory view showing a part of the configuration of the light device 209. As shown in FIG. FIG. 19 shows an electrically equivalent circuit of the heater 202 of the wavelength conversion element 201, the lead-out portion 205, and the terminals Ta and Tb.
  • the optical device 209 includes an optical device 200 and voltage application means 208 for applying a voltage to the terminals Ta and Tb.
  • the heater 202 is divided into regions of resistors R, the lead-out portions 205 are connected to both ends of each resistor R, and terminals Ta and Tb are provided at the ends of the respective lead-out portions 205.
  • the Joule heat due to the current flowing through each resistor R of the heater 202 by the voltage applied to each terminal Ta, Tb, partial temperature control of the waveguide by the heater 202 becomes possible.
  • FIG. 20 is an explanatory view showing an example of application of a voltage to each of the terminals Ta and Tb.
  • the same voltage Vx is applied to the terminals Tb1 to T5 located alternately, and different voltages V1 to V4 are applied to the remaining terminals Ta1 to T4, respectively, from the two resistors R
  • Different currents I1 to I4 can be supplied to the following areas (AREA) 1 to 4, respectively.
  • temperature control can be performed independently in the areas (AREA) 1-4.
  • FIG. 21 is a diagram showing an example of control of the heater 202 by the voltage application means 208.
  • FIG. 21A shows an example of control in the case where there is no phase difference between the voltage applied to the terminal Ta and the voltage applied to the terminal Tb
  • FIG. 21B shows the voltage applied to the terminal Ta and the terminal Tb
  • 21 (c) shows the case where the voltage applied to the terminal Ta and the voltage applied to the terminal Tb have a phase difference (2).
  • FIG. The control zero shown in FIG. 21 is so-called pulse width modulation control, and a rectangular wave voltage having the same amplitude and period is applied to the terminal Ta and the terminal Tb.
  • the voltage application means 208 controls each control voltage terminal (a rectangular wave phase shifted with reference to the rectangular wave applied to the common electrode (Tb in the example of FIG. 20) by a pulse width modulation control method.
  • the configuration is added to Ta).
  • analog (peak value) control it becomes possible to easily realize precise temperature control by digital control with multiple bits of, for example, 10 bits or more using only a simple digital circuit.
  • the optical device provided with the voltage application means to the optical device may be called an optical device.
  • FIG. 22 is a plan view of the wavelength conversion element 301 in still another optical device 300
  • FIG. 23 is a cross-sectional view of the wavelength conversion element 301 shown in FIG. 22 and 23 show only a part of the wavelength conversion element 301 in the optical device 300, and the other configuration is the same as the optical device 200 described above.
  • the wavelength conversion element 301 is provided with a first electrode 310a made of Au and a second electrode 310b.
  • lead portions 301a made of the same Au are provided toward the waveguide 301a.
  • a heater 302a made of Au is provided in parallel along the waveguide 301a.
  • a lead portion 301b made of the same Au is provided toward the waveguide 301a.
  • a heater 302 b made of Au is provided in parallel along the waveguide 301 a.
  • the waveguide 301a is provided in the convex portion of the ridge.
  • the heaters 302a and 302b can be disposed close to the waveguide 301a to extend the lead portions 301a and 301b to the positions of the recessed portions on both sides of the ridge portion, and the heaters 302a and 302b directly heat the waveguide 301a. It became possible.
  • the waveguide 301a may be provided in a portion other than the ridge structure portion.
  • the first electrode 310a, the second electrode 310b, the lead portions 301a and 301b, and the heaters 302a and 302b are formed in the wavelength conversion element 301 using the same material (for example, Au). There is.
  • the first electrode 310a and the second electrode 310b are also used as a metal film for bonding to the micro bumps 230 formed on the silicon substrate 207 shown in FIG.
  • the heater is formed of the same material as the electrode (metal film) to be joined, the electrodes of the heaters 302a and 302b do not need to be drawn separately.
  • the size of the pattern can be adjusted to have a resistance value suitable for pulse width modulation control such as 5 V, for example.
  • a resistance value suitable for pulse width modulation control such as 5 V, for example.
  • the resistance ratio ⁇ of Au 2. 35 ⁇ 10 ⁇ 8 ⁇ m
  • L 1 ⁇ 10 ⁇ 3 m
  • A 2 ⁇ 0.5 ⁇ 10 ⁇ 12 m 2.
  • the length W of the lead portions 301 a and 301 b may be about 2 mm.
  • FIG. 24 is a view showing a modification of the wavelength conversion element 301 shown in FIG.
  • FIG. 24 shows a wavelength conversion element 301 ′ which is a modified example in which the electrode 305 for polarization inversion is provided in the wavelength conversion element 301 shown in FIG.
  • the electrode 305 for polarization inversion is not provided over the entire width of the wavelength conversion element 301 ′, but a portion (a predetermined width corresponding to the ridge portion of the waveguide 301a It is provided only in W1).
  • the electrode 305 for polarization inversion is formed of an ITO film.
  • the first substrate 308 c and the second substrate 308 d that constitute the wavelength conversion element 301 ′ are bonded by the adhesive layer 306. The presence of the adhesive layer 306 between the waveguide 301a and the electrode 305 can reduce the heat conduction at the portion of the electrode 305 for polarization inversion by the ITO film.
  • FIG. 25A is a view for explaining a detection method of a heater applied voltage
  • FIG. 25B is a view for explaining another detection method of the heater applied voltage.
  • Temperature control can be performed in blocks using the plurality of first electrodes 310 a and the second electrodes 310 b illustrated in FIG. In this case, the applied voltage between the electrodes can be accurately detected by the general four-terminal method as shown in FIG.
  • the plurality of first electrodes 310a will be described as an example.
  • FIG. 25A shows the case where the applied voltage of the heater 302a2 (R2) is detected.
  • the current I is supplied from the electrodes 310a1 and 310a4 on both sides of the pair of electrodes 310a2 and 310a3, and the voltage V between the pair of electrodes 310a2 and 310a3 of the heater 302a2 is detected.
  • FIG. 25B shows the case where the applied voltage of the heater 302a3 (R3) is detected.
  • the current I is supplied from the electrodes 310a2 and 310a5 on both sides of the pair of electrodes 310a3 and 310a4, and the voltage V between the pair of electrodes 310a3 and 310a4 of the heater 302a3 is detected.
  • the heater structure and heater control method of the optical device 300 and the modified example of the optical device 300 shown in FIGS. 22 to 25 may be applied to the optical devices 1, 100 and 110 described above.
  • the optical device provided with the voltage application means to the optical device may be called an optical device.

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Abstract

　基板に溝等を設けることなく光導波路と基板との間に隙間を形成して、温度調整のためにヒータによる加熱を受けても光素子にストレスが加わることのない光デバイスを提供する。光デバイスは、基板と、基板と向かい合う面に形成された光導波路を有する光素子と、光導波路を挟んで位置するように基板上に形成された接合部と、光導波路を加熱するために光素子又は基板の少なくとも一方に形成されたヒータと、金属材料から構成されたマイクロバンプ構造とを有し、光導波路と前記基板との間に隙間が形成されるようにマイクロバンプ構造を介して接合部と光素子とが接合されていることを特徴とする。

Description

光デバイス
　本発明は、光導波路が形成された光素子が基板に接合された光デバイスに関する。
　短波長レーザ光源は、レーザ・プロジェクタや高密度光記憶装置などの分野で幅広く製品化が進められている。短波長レーザ光源は、光デバイスとしてのレーザ素子が発振する基本波の赤外光を二次高調波に変換する波長変換素子によって、青色または緑色などのレーザ光を出力するものである。波長変換素子は、ＬＮ（ニオブ酸リチウム：ＬｉＮｂＯ３）及びＬＴ（タンタル酸リチウム：ＬｉＴａＯ３）などの結晶材料が使われているが、高調波の変換効率には温度依存性があり、環境温度の変動によって変換効率が大きく変化する特性を有している。
　図２６（ａ）は、波長変換素子の環境温度（Ｔ）に対する高調波出力（ＨＦＯ）の変化の一例を示すグラフである。図２６（ａ）に示すグラフから理解できるように、波長変換素子は環境温度が低い領域で出力が低下し、また、環境温度が高い領域でも出力が低下する。波長変換素子が出力する高調波は、温度に対して大きく変化するので、効率の良い変換を実現し、且つ、安定した高調波のレーザ光を得るには、波長変換素子の温度特性を補正するための温度特性補正手段が不可欠である。波長変換素子を所定の温度に調整するために、波長変換素子にヒータを搭載したレーザ光源が知られている（例えば、特許文献１参照）。
　図２６（ｂ）は、特許文献１で開示された短波長レーザ光源を示す図である。図２６（ｂ）に示す様に、短波長レーザ光源は、シリコン基板４０１上に、０．８μｍ帯の半導体レーザ４１０及び波長変換素子４２０を有している。半導体レーザ４１０の活性層４１１から基本波４１２が出力し、波長変換素子４２０の光導波路１２１に入射して、二次高調波である青色レーザ光４３０が出力する。シリコン基板４０１が波長変換素子４２０と接する面の一部には、エッチングによって溝４０２が形成されている。
　波長変換素子４２０の下部、すなわち、光導波路４２１の近傍には、Ｔｉ膜による薄膜ヒータ４２２が形成されている。この薄膜ヒータ４２２に通電することで、波長変換素子４２０の温度を所定の温度に保つことができる。また、薄膜ヒータ４２２は、シリコン基板４０１の溝４０２によってシリコン基板４０１と接しないので、薄膜ヒータ４２２の熱がシリコン基板４０１に伝達し難い構造となっている。
　また、出力特性に温度依存性を有する半導体レーザ素子において、消費電力を抑えるために、光導波路の近傍に帯状のヒータを設ける構成も知られている（例えば、特許文献２参照）。
特開平６―３３８６５０号公報（第５頁、第５図） 特開２０００－２４４０４８号公報（第３頁、第１図及び第２図）
　特許文献１に記載の構成では、光導波路４２１とシリコン基板４０１とを熱的に遮断するため、シリコン基板４０１にエッチング等により溝４０２が形成されている。このため、シリコン基板４０１にはエッチング加工工程が必要となって、製造工程が複雑であった。
　波長変換素子４２０の温度調整のために、薄膜ヒータ４２２への通電を繰り返すと、シリコン基板４０１の溝４０２の内部にある空気層４０３が、あるときは加熱され、あるときは冷却される。これにより、空気層４０３は膨張と収縮を繰り返すが、空気層４０３にはシリコン基板４０１から外部への流通経路がないために、空気層４０３に圧力変化が繰り返し発生する。
　この結果、空気層４０３の圧力変化によって波長変換素子４２０にストレスが加わり、波長変換素子４２０に歪みが生じて、波長変換特性の劣化や、波長変換素子４２０と半導体レーザ４１０とのアライメントずれによるレーザ光４３０の出力低下等が発生する。特に、波長変換素子に繰り返し継続してストレスが加えられると、動作時間の経過と共に歪みやアライメントのずれ量が増大してレーザ光の出力が経時変化するので、信頼性に大きな問題が生じる。
　本発明は、上記の問題を解決するための光デバイスを提供することを目的とする。
　また、本発明は、基板に溝等を設けることなく光導波路と基板との間に隙間を形成して、温度調整のためにヒータによる加熱を受けても光素子にストレスが加わることのない光デバイスを提供することを目的とする。
　さらに、本発明は、光導波路へのゴミの付着を防いで、信頼性に優れた光デバイスを提供することを目的とする。
　さらに、本発明は、光導波路の部分的な温度制御を効率良く行うことを可能とする光デバイスを提供することを目的とする。
　光デバイスは、基板と、基板と向かい合う面に形成された光導波路を有する光素子と、光導波路を挟んで位置するように前記基板上に形成された接合部と、光導波路を加熱するために光素子又は基板の少なくとも一方に形成されたヒータと、金属材料から構成されたマイクロバンプ構造とを有し、光導波路と基板との間に隙間が形成されるようにマイクロバンプ構造を介して接合部と光素子とが接合されていることを特徴とする。
　さらに、光デバイスでは、マイクロバンプ構造は、光導波路と基板との間に形成された隙間に対して、空気の出し入れが可能な隙間を有していることが好ましい。
　さらに、光デバイスでは、ヒータは、光素子の基板と向かい合う面に形成されていることが好ましい。
　さらに、光デバイスでは、マイクロバンプ構造はＡｕから構成されて接合部上に形成され、光素子は、マイクロバンプ構造と接合するためのＡｕ膜を有することが好ましい。
　さらに、光デバイスでは、マイクロバンプ構造は、高さ１～５μｍで直径２～１０μｍの円柱状の突起が５～３０μｍの間隔で形成されていることが好ましい。
　さらに、光デバイスでは、ヒータは、ＩＴＯ膜又はＩｎＴｉＯ膜から構成されることが好ましい。
　さらに、光デバイスでは、ヒータは光導波路の長手方向に沿って帯状に形成され、ヒータに電圧を印加するためヒータの長手方向に所定の間隔で設けられた引き出し部を更に有することが好ましい。
　さらに、光デバイスでは、引き出し部は、ヒータから離れるに従って太く形成される接続部を有していることが好ましい。
　さらに、光デバイスでは、引き出し部にパルス幅変調方式の電圧を印加するための電圧印加手段を更に有することが好ましい。
　光デバイスでは、金属材料からなるマイクロバンプ構造で光素子を基板に接合する。これにより、光導波路が形成された面が基板に向かい合う状態（フェイスダウン）で、光素子と基板とを接合する場合であっても、マイクロバンプ構造によって光素子に形成される光導波路と基板との間に隙間が確保されるので、基板側に溝等を設ける必要がなく、基板の製造工程を簡略化できる。
　光デバイスでは、光導波路を挟んで位置するマイクロバンプ構造を有する接合部接合部により光素子と基板とが接合される。このため、マイクロバンプ内部の隙間によって、光導波路の周辺の空気層の流通経路を確保できるので、ヒータの加熱による空気層の圧力変化を抑えて、光素子にストレスが加わることを防ぐことができる。これにより、空気層の圧力変化による光素子の歪みの発生を防いで、波長変換特性の劣化や、光素子のアライメントずれによる出力低下等の問題を解消することができる。
　光デバイスでは、マイクロバンプ構造が、非常に薄く狭い平面的な隙間が多数形成された構造であるので、その隙間に空気が流通してもホコリや異物などのゴミがマイクロバンプを通過できないため、光導波路の周辺にゴミが付着するのを防ぐことができる。これにより、ゴミの付着などの影響による光素子の特性変動を防止し、長期間安定した特性を有する信頼性に優れた光デバイスを提供することができる。
　光デバイスが、光素子の温度調整を行うヒータをＩＴＯ膜又はＩｎＴｉＯ膜によって構成した場合、ＩＴＯ膜又はＩｎＴｉＯ膜は透明であるので、光素子の光導波路に近接して配設しても光導波路の特性に悪影響を与えることがなく、効率よく高精度に光素子の温度特性を補正することができる。
　光デバイスは、光導波路の長手方向に沿って帯状に形成されたヒータに対して電圧を印加するために所定の間隔で少なくとも３つ設けられた引き出し部を有することができる。この場合、ヒータが所定の抵抗Ｒの領域に分割されて、各抵抗Ｒの両端に引き出し部が接続され、各端子引き出し部に印加する電圧により、分割されたヒータの各抵抗Ｒに流れる電流によるジュール熱を制御することで、ヒータによる導波路の部分的な温度制御が可能となる。
　光デバイスでは、ヒータに流す電流をパルス幅変調制御とすることにより、位相シフトした矩形波を各制御電圧端子に加える構成にすることができる。その場合、アナログ（波高値）制御と比較し、簡単なデジタル回路を用いてデジタル制御による精密な温度制
御を容易に実現することが可能となる。
光デバイス１の全体構成の概略を示す図である。 図１に示した光デバイス１のＡＡ´断面図である。 図１で示した光デバイス１の上面図である。 シリコン基板１０と波長変換素子２０が、マイクロバンプによって接合されることを説明する模式的な斜視図である。 シリコン基板１０と波長変換素子２０が、マイクロバンプによって接合されることを説明する模式的な側面図である。 マイクロバンプによる高さ方向のアライメント調整を説明するための図である。 光導波路付近の空気の流通について説明するための光デバイス１の模式的な拡大上面図である。 ちどり状の配列を有するマイクロバンプ３０ａ、３０ｂの例を示す図である。 ランダム状の配列を有するマイクロバンプ３０ａ、３０ｂの例を示す図である。 他の光デバイス１００の断面図である。 光デバイス１００の波長変換素子２０の一部を拡大した上面図である。 更に他の光デバイス１１０の断面図である。 図１０に示す光デバイス１１０のシリコン基板１０と波長変換素子２０を模式的に示した上面図である。 更に他の光デバイス２００の全体構成の概略を示す図である。 光デバイス２００の平面図である。 図１３のＤ－Ｄ’断面図である。 波長変換素子２０１の平面図である。 ヒータと引き出し部との接続部の拡大図である。 シリコン基板２０７の平面図である。 シリコン基板２０７と波長変換素子２０１とが、マイクロバンプ３３０によって接合されることを説明する斜視図である。 シリコン基板２０７と波長変換素子２０１とが、マイクロバンプ３３０によって接合されることを説明する側面図である。 光装置２０９の一部の構成を示す説明図である。 各端子Ｔａ、Ｔｂへの電圧の印加の例を示す説明図である。 端子Ｔａに印加する電圧と端子Ｔｂに印加する電圧とに位相差がない場合の制御例を示す図である。 端子Ｔａに印加する電圧と端子Ｔｂに印加する電圧とに位相差がある場合（１）を示す図である。 図２１（ｃ）は、端子Ｔａに印加する電圧と端子Ｔｂに印加する電圧とに位相差がある場合（２）を示す図である。 更に他の光デバイス３００における波長変換素子３０１の平面図である。 図２２に示す波長変換素子３０１の断面図である。 図２３に示す波長変換素子３０１の変形例を示す図である。 ヒータ印加電圧の検知方式を説明するための図である。 ヒータ印加電圧の他の検知方式を説明するための図である。 波長変換素子の環境温度（Ｔ）に対する高調波出力（ＨＦＯ）の変化の一例を示すグラフである。 特許文献１で開示された短波長レーザ光源を示す図である。
　以下図面を参照し、入射光を二次高調波に変換する波長変換素子を搭載した光デバイスを例として、光デバイスについて説明する。しかしながら、本発明が、図面又は以下に記載される実施形態に限定されるものではないことを理解されたい。
　図１は、光デバイス１の全体構成の概略を示す図である。
　図１に示す様に、光デバイス１は、板状のシリコン基板１０と、シリコン基板１０上に接合される光素子としての波長変換素子２０、シリコン基板１０上に接合されレーザ光を出射する半導体レーザ３、及びシリコン基板１０上に接合され光ファイバ５を固定するブ基板４等から構成される。光デバイス１は、光素子としてリッジ型波長変換素子を搭載し、温度特性補正手段として波長変換素子の温度調整を行うヒータが、波長変換素子の下面全体を覆うＩＴＯ膜によって構成されている。
　半導体レーザ３はシリコン基板１０から図示しない手段によって駆動電圧の供給を受けると、赤外光の基本波（図示せず）を出射する。波長変換素子２０は、半導体レーザ３からの赤外光を光導波路２２（破線で示す）の入射口２２ａから受光し、光導波路２２の内部で高調波に変換して緑色光、または青色光のレーザ光Ｌ１を光導波路２２の出射口２２ｂから出射し、光ファイバ５に出射する。光ファイバ５に入射されたレーザ光Ｌ１は、光ファイバ５を通過して図示しない外部の光学系に伝達される。
　例えば、一例として、半導体レーザ３が波長１０６４ｎｍの赤外光を発振して、波長変換素子２０が波長５３２ｎｍの緑色のレーザ光に変換する。他の例としては、半導体レーザ３が波長８６０ｎｍの赤外光を発振して、波長変換素子２０が波長４３０ｎｍの青色のレーザ光に変換する。上記の例では、光デバイス１は、レーザ光を光源とする小型プロジェクターなどの光源装置に利用することができる。なお、図１で示す光デバイス１の外観図は、後述する他の光デバイス１００及び１１０にも当てはまるものとする。
　図２は、図１に示した光デバイス１のＡＡ´断面図である。
　光デバイス１の波長変換素子２０は、主成分がニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）であるＳＨＧ結晶のリッジ型構造の波長変換素子である。波長変換素子２０の下部には、波長変換素子２０の長手方向に沿って二つの凹部２１ａ、２１ｂが形成され、この凹部２１ａ、２１ｂの間の凸部２１ｃに光導波路２２が形成されている。光導波路２２は波長変換素子２０の下部の略中心に長手方向に沿って、シリコン基板１０と向き合う面に形成されている。
　光導波路２２は、前述したように、半導体レーザ３（図１参照）からの基本波を受光し、高調波に変換して出射する機能を備えている。波長変換素子２０の下面全体は、薄い酸化インジウム膜２５（以下、ＩＴＯ膜２５と略す）によって覆われている。ＩＴＯ膜２５は、凹部２１ａ、２１ｂと凸部２１ｃの表面を含む下面全体のシリコン基板１０と向かい合う面に配設されている。ＩＴＯ膜２５は、波長変換素子２０の温度特性補正手段として、光導波路２２を加熱するヒータとしての機能を有している。
　波長変換素子２０の下面の図面上の左右となる平面部２０ａ、２０ｂには、Ａｕ膜２３ａ、２３ｂが形成されている。Ａｕ膜２３ａ、２３ｂは、平面部２０ａ、２０ｂに形成されているＩＴＯ膜２５の表面に積層して形成されている。
　シリコン基板１０の上面の波長変換素子２０の平面部２０ａ、２０ｂに対向し且つ光導波路２２を挟む位置に、第１及び第２の接合部として、導電性と熱伝導性に優れ、所定の厚さを有するＡｕから構成されるマイクロバンプ３０ａ、３０ｂがそれぞれ形成されている。
　シリコン基板１０上のマイクロバンプ３０ａ、３０ｂと、波長変換素子２０の下面のＡｕ膜２３ａ、２３ｂを位置合わせして加圧することで、シリコン基板１０と波長変換素子２０は常温活性化接合する。波長変換素子２０は、光導波路２２をシリコン基板１０に向き合う状態（フェイスダウン）で、且つ、光導波路２２がシリコン基板１０に近接した状態で、シリコン基板１０に搭載される。マイクロバンプ３０ａ、３０ｂは、導電性と熱伝導性に優れたＡｕから構成されるので、マイクロバンプ３０ａ、３０ｂによって波長変換素子２０とシリコン基板１０は、機械的、電気的、熱的に確実に結合される。
　波長変換素子２０とシリコン基板１０の間には、空気層による隙間２６が存在する。隙間２６によって、波長変換素子２０の下部に位置する光導波路２２は、シリコン基板１０と接することがない。また、光導波路２２の周辺の左右及び下面は、隙間２６によって空気層で覆われている。隙間２６が存在することで、光導波路２２の周辺の左右及び下面の三面が空気層となり、この空気層と光導波路２２の屈折率差を利用して光導波路２２に光を閉じこめることができる。
　光導波路２２の左右及び下面の三面は、ＩＴＯ膜２５で覆われているが、ＩＴＯ膜２５は薄く透明なので、ＩＴＯ膜２５が光導波路２２の特性に影響することはほとんどない。
　波長変換素子２０とシリコン基板１０の間に隙間２６を形成できる理由は、波長変換素子２０とシリコン基板１０とは、マイクロバンプ３０ａ、３０ｂによって接合され、マイクロバンプ３０ａ、３０ｂは、所定の厚みを有しているためである。すなわち、波長変換素子２０は、シリコン基板１０に対してマイクロバンプ３０ａ、３０ｂの厚み分だけ距離を置いて接合されている。所定の厚みを有するマイクロバンプ３０ａ、３０ｂは、波長変換素子２０とシリコン基板１０とを、機械的、電気的、熱的に結合すると共に、光導波路２２の周囲に空気層を形成するための隙間２６を確保する機能をも備えている。
　シリコン基板１０から図示しない手段によって、マイクロバンプ３０ａ、３０ｂを介してＩＴＯ膜２５に所定の電流を供給すると、ＩＴＯ膜２５は所定の電気抵抗を有しているので発熱する。したがって、ＩＴＯ膜２５で覆われている光導波路２２を効率よく加熱することができる。ＩＴＯ膜２５は、波長変換素子２０の下面全体を覆うベタパターンであるので、光導波路２２の全体をむら無く均一に加熱でき、環境温度が変化しても、波長変換素子２０からのレーザ光の出力を安定化させることができる。
　光導波路２２にＩＴＯ膜２５を近接できる理由は、ＩＴＯ膜２５が透明であるからである。すなわち、半導体レーザ３と波長変換素子２０との調芯時等にヒータであるＩＴＯ膜２５にレーザ光が当たっても、レーザ光によってＩＴＯ膜２５が加熱して燃えてしまうことがない。したがって、光導波路２２に接してヒータとしてのＩＴＯ膜２５を構成することができ、効率よく光導波路２２を加熱し温度調整することが可能となる。
　図２で示すように、光デバイス１では、波長変換素子２０の光導波路２２を挟んで左右均等にマイクロバンプ３０ａ、３０ｂを形成し、光導波路２２の直下や近傍にはマイクロバンプを配置しない構成を採用している。これには、以下に示す三つの理由がある。
　第１の理由：波長変換素子２０の光導波路２２は、周囲の領域（空気層）との屈折率差を利用して内部に光を閉じ込めている。しかしながら、光導波路２２にマイクロバンプなどの金属が直接接触すると、光導波路２２は周囲との屈折率差が変化して設計通りに光を閉じ込めることが出来なくなり、光導波路２２の性能が低下する。
　第２の理由：Ａｕのマイクロバンプによってシリコン基板１０と波長変換素子２０を常温活性化接合する場合、シリコン基板１０と波長変換素子２０に大きな圧力（一例として５～１０ｋｇｆ／ｍｍ２）を印加する必要がある。しかしながら、光導波路２２の直下にマイクロバンプがあると、加圧時にマイクロバンプを介して光導波路２２に応力が加わり、光導波路２２の結晶がひずんで、光導波路２２の波長変換効率が低下する。
　第３の理由：半導体レーザ３から出射される赤外光のうち、光導波路２２に結合しなかった光が、光導波路２２の直下や近傍のマイクロバンプに当たると、マイクロバンプに熱が発生する。この熱が光導波路２２に伝わると光導波路２２の温度分布に影響を与えて、波長変換素子２０の変換効率を低下させる原因となる。このように、波長変換素子２０の光導波路２２の直下や近傍に金属であるマイクロバンプが形成されていると、複数の要因で光導波路２２に悪影響を及ぼし、波長変換素子２０の性能が低下する。
　光デバイス１では、上記の３つの理由から、光導波路２２の直下や近傍にマイクロバンプを配置せず、光導波路２２の直下以外の領域にマイクロバンプ３０ａ、３０ｂを形成
している。したがって、光デバイス１では、光導波路２２にマイクロバンプが直接接触していないので、光導波路２２と周囲との屈折率差が変化することがなく、設計通りに光を閉じ込めることができるので、光導波路２２の性能低下は生じない。
　また、シリコン基板１０と波長変換素子２０が常温活性化接合するために大きな圧力を印加されても、光導波路２２の直下にはマイクロバンプがないので、光導波路２２に応力
が加わらず、波長変換効率が低下する恐れはない。さらに、マイクロバンプは光導波路２２の直下や近傍に形成されず光導波路２２から離れている。したがって、半導体レーザ３から出射される赤外光のうち、光導波路２２に結合しなかったレーザ光があっても、レーザ光がマイクロバンプに当たることがなく、波長変換素子２０に悪影響を及ぼすことはない。
　図３は、図１で示した光デバイス１の上面図である。
　図３において、波長変換素子２０は、構造を分かりやすくするために透過して示している。波長変換素子２０の略中心の長手方向には、細長い光導波路２２が配設され、この光導波路２２を挟んで、第１の接合部であるマイクロバンプ３０ａと第２の接合部であるマイクロバンプ３０ｂが波長変換素子２０の長手方向に並んで配設されている。このマイクロバンプ３０ａ、３０ｂは、一例として個々のバンプの直径は４μｍ、高さは２．５μｍ程度であり、１０μｍ又は２５μｍ間隔で形成され、光導波路２２の左右均等に配設される。なお、バンプの直径は２～１０μｍが好ましく、バンプの高さは１～５μｍが好ましく、バンプのピッチは５～３０μｍが好ましい。
　この構造によって、波長変換素子２０がシリコン基板１０と接する面の大部分は、図示されるように、二つの接合部であるマイクロバンプ３０ａ、３０ｂによって接合されるので、波長変換素子２０とシリコン基板１０とは確実に結合される。
　マイクロバンプ構造によって形成される光導波路２２の周辺の左右及び下面の隙間２６は、図示するように、光導波路２２の長手方向の全領域を覆うように形成される（光導波路２２の下面の隙間２６は図１参照）。これにより、光導波路２２と隙間２６による空気層との屈折率差によって光導波路２２の長手方向の全領域で光を閉じ込め、半導体レーザ３からの赤外光を受光して、光導波路２２の内部で波長変換し、出射口２２ｂからレーザ光Ｌ１を光ファイバ５に出射することができる。
　図４は、マイクロバンプ接合方法を説明するための図である。図４（ａ）は、シリコン基板１０と波長変換素子２０が、マイクロバンプによって接合されることを説明する模式的な斜視図である。図４（ｂ）は、シリコン基板１０と波長変換素子２０が、マイクロバンプによって接合されることを説明する模式的な側面図である。
　図４（ａ）と図４（ｂ）に示すように、シリコン基板１０の上面に、Ａｕ膜上にＡｕで成る円柱状のマイクロバンプ３０を多数形成する。一方、波長変換素子２０の下面、すなわち、シリコン基板１０に接合される面には、Ａｕ膜２３が形成される。次に、マイクロバンプ３０の表面及びＡｕ膜２３の表面を活性化処理する。次に、シリコン基板１０に波長変換素子２０を載せて加圧すると、マイクロバンプ３０は荷重に応じて厚み方向にわずかに変形しながら、常温でシリコン基板１０と波長変換素子２０は接合する（常温活性化接合）。なお、常温活性化接合するのは、Ａｕが活性化しているからである。
　Ａｕのマイクロバンプによる接合は加熱が必要ないので、製造工程を簡略化できる。また、加熱によってシリコン基板１０と波長変換素子２０が位置ずれを起こす心配がなく、シリコン基板１０と波長変換素子２０との位置関係を高精度に保って接合することができる。さらに、Ａｕのマイクロバンプ３０は、３２０Ｗ／（ｍ・Ｋ）程度の熱伝導率を有し、熱が非常に伝わりやすいので、波長変換素子２０からの熱を効率よくシリコン基板１０に伝達できる。したがって、シリコン基板１０は、波長変換素子２０のヒートシンクとしての機能を果たすことができる。
　マイクロバンプ３０の個々のバンプは、所定の間隔を保って形成されているので、個々のバンプ間には、空気層を有する隙間２６ｍが形成されている。マイクロバンプ３０の内部の隙間２６ｍは、後述するように重要な働きを担っている。また、マイクロバンプ構造によって波長変換素子２０に形成される光導波路２２とシリコン基板１０との間の間隙２６が確保されるので（図２参照）、シリコン基板１０側に隙間を確保するための溝を設ける加工が必要なく、シリコン基板１０の製造工程を簡略化できる。
　図５は、マイクロバンプによる高さ方向のアライメント調整を説明するための図である。図５は、図１で示した光デバイス１を側面から見た模式的な側面図である。
　シリコン基板１０の上面には、波長変換素子２０を接合するためのマイクロバンプ３０が形成され、半導体レーザ３を接合するためのマイクロバンプ３３が形成され、サブ基板４を接合するためのマイクロバンプ３４が形成されている。なお、マイクロバンプ３０、３３及び３４は、同様な形態を有している。
　搭載部品の実装例を説明すると、まず、シリコン基板１０の表面にマイクロバンプ３０、３３、３４を形成した。次に、図示しない手段で、半導体レーザ３の平面方向の位置合わせを行いつつ、半導体レーザ３に所定の荷重Ｋ１を加えると、マイクロバンプ３３は荷重Ｋ１に応じて個々のバンプの厚さが変形し、半導体レーザ３とシリコン基板１０が接合される。
　次に、接合した半導体レーザ３を駆動して赤外光（図示せず）を出射し、その状態で波長変換素子２０の平面方向の位置合わせを行いつつ、波長変換素子２０に所定の荷重Ｋ２を少しずつ加え、マイクロバンプ３０の厚みを変形させながらシリコン基板１０に接合する。このとき、半導体レーザ３からの赤外光を波長変換素子２０の光導波路２２に入射し、光導波路２２からの出射光を図示しない検出器で検出し、出射光が最大となる位置まで荷重を加えることで、半導体レーザ３と波長変換素子２０との間の調芯を行う。
　同様に、半導体レーザ３を駆動した状態で、光ファイバ５を取り付けたサブ基板４を平面方向の位置合わせを行いつつ、サブ基板４に所定の荷重Ｋ３を少しずつ加え、マイクロ
バンプ３４の厚みを変形させながらシリコン基板１０に接合する。このとき、波長変換素子２０からの出射光をサブ基板４で固定された光ファイバ５に入射し、光ファイバ５からの出射光を図示しない検出器で検出し、出射光が最大となる位置まで荷重を加えることで、波長変換素子２０と光ファイバ５との間の調芯を行う。
　このようにして、シリコン基板１０に搭載する半導体レーザ３、波長変換素子２０、サブ基板４に固定される光ファイバ５をそれぞれ調芯して、高精度に光結合した光デバイスを実現できる。レーザ光を応用する光デバイスでは、エレメント間の調芯が極めて重要である。光デバイス１では、搭載部品を接合する際の荷重を調整することでマイクロバンプの厚みを変えられるので、搭載部品の高さ方向のアライメント調整を高精度に行うことができ、エレメント間の高精度な調芯を容易に実現することができる。
　ところで、搭載部品の実装後、何らかの原因で、波長変換素子２０などにストレスが加わると、アライメントのずれが生じて、エレメント間の光結合がずれる可能性がある。しかしながら、光デバイス１では、波長変換素子２０などにストレスが加わることを防ぐことができるので、高い信頼性を備えている。
　図６は、光導波路付近の空気の流通について説明するための光デバイス１の模式的な拡大上面図である。なお、図６において、波長変換素子２０は構造を分かりやすくするために透過して示しており、波長変換素子２０以外の部品は省略している。
　図６において、波長変換素子２０の略中心には光導波路２２が配設され、光導波路２２の図面上の左右には、マイクロバンプ３０ａ、３０ｂが形成され、波長変換素子２０は、マイクロバンプ３０ａ、３０ｂによってシリコン基板１０と接合している。マイクロバンプ３０ａ、３０ｂの個々のバンプは縦横に格子状に並んだ配列を採用している。なお、図６で示すマイクロバンプ３０ａ、３０ｂの個々のバンプの数は、配列をわかりやすくするために少なく記載しているが、実際には、更に多数のバンプで構成されている。
　光導波路２２の周辺には隙間２６が形成されており、隙間２６には空気層２７が存在する。マイクロバンプ３０ａ、３０ｂにもバンプの配列によって非常に薄い平面的な隙間２６ｍが多数形成されており、このマイクロバンプ３０ａ、３０ｂの内部の隙間２６ｍにも空気層２７が存在する。なお、ＩＴＯ膜２５は、前述したように、波長変換素子２０の下面全体に形成されているが、図６では省略している。
　ヒータとして機能するＩＴＯ膜２５（図２参照）にマイクロバンプ３０ａ、３０ｂを介して通電すると、ＩＴＯ膜２５は発熱して光導波路２２とその周辺部を加熱するが、加熱によって光導波路２２の周辺部に存在する空気層２７が膨張する。空気層２７の膨張によって空気層２７の圧力は上昇しようとする。しかしながら、空気層２７はマイクロバンプ３０ａ、３０ｂの内部の多数の隙間２６ｍを、矢印Ｂ１に示すように左右方向に通過して波長変換素子２０の外部に拡散しているので、空気層２７の圧力は、ほぼ一定に保たれる。
　ＩＴＯ膜２５による加熱が所定の温度に達すると、図示しない制御手段でＩＴＯ膜２５への供給電流が停止される。このとき、加熱された光導波路２２とその周辺部の熱は、マイクロバンプ３０ａ、３０ｂを通って、ヒートシンクとして機能するシリコン基板１０に伝達されるので、光導波路２２とその周辺部の温度は、比較的短時間に低下する。
　光導波路２２とその周辺部の温度が低下すると、加熱によって膨張していた空気層２７は収縮するので、空気層２７の圧力は低下しようとする。しかしながら、マイクロバンプ３０ａ、３０ｂの多数の隙間２６ｍから、矢印Ｂ１の反対方向に、空気が外部から流れ込むので、空気層２７の圧力は、ほぼ一定に保たれる。
　このように、光導波路２２とその周辺部の温度変化によって、空気層２７が膨張と収縮を繰り返しても、空気層２７にはマイクロバンプ３０ａ、３０ｂの隙間２６ｍによる流通経路（矢印Ｂ１）が存在するので、空気層２７の圧力は、ほぼ一定に保たれる。したがって、波長変換素子２０にストレスが加えられることを防ぐことができる。この結果、空気層２７の圧力変化による波長変換素子２０の歪みの発生を防いで、波長変換特性の変動や、波長変換素子２０のアライメントずれによる出射光の変動等の問題を解消し、信頼性に優れた光デバイスを実現できる。
　ＩＴＯ膜２５による加熱が停止して空気層２７が収縮し、矢印Ｂの反対方向に空気の流れが生じた場合、波長変換素子２０の外側にホコリや異物などのゴミが存在していると、空気の流れと共に光導波路２２の近傍の隙間２６にゴミが侵入する危険性がある。隙間２６にゴミなどが侵入すると、光導波路２２の周辺にゴミが付着して、周辺部の屈折率が変化し、波長変換素子２０の波長変換特性を悪化させる原因となる。
　マイクロバンプ３０ａ、３０ｂは、前述したように、非常に薄い厚さと狭い間隔のバンプで構成されているので、マイクロバンプ内部の隙間２６ｍが、平面的に多数形成されていても、その高さは薄く、幅も狭い。したがって、マイクロバンプ３０ａ、３０ｂの隙間２６ｍから問題が生じるような大きさのゴミが侵入することは出来ない。これにより、光導波路２２周辺のゴミの付着などの影響による波長変換素子の特性変動を防止し、長期間安定した特性を有する信頼性に優れた光デバイスを提供することができる。
　光デバイス１では、所定の温度に保つように、温度を測定しながらヒータであるＩＴＯ膜２５への電流をＯＮ、ＯＦＦする温度制御を行っている。ＩＴＯ膜２５への電流のＯＮによって光導波路２２とその周辺部は加熱され、また、電流のＯＦＦによって、光導波路２２とその周辺部はヒートシンクとしてのシリコン基板１０の働きによって冷却される。この結果、光導波路２２とその周辺部の温度は、適切な温度範囲に保たれるので、高出力で安定したレーザ光を出力する光デバイスを実現できる。
　図６に示したマイクロバンプ３０ａ、３０ｂの配列は、バンプが縦横に格子状に並んだ配列としたが、バンプの配列はこれに限定されるものではない。
　図７は、マイクロバンプの他の配列による空気の流通について説明するための図である。図７（ａ）は、ちどり状の配列を有するマイクロバンプ３０ａ、３０ｂの例を示し、図７（ｂ）は、ランダム状の配列を有するマイクロバンプ３０ａ、３０ｂの例を示している。
　図７（ａ）において、光導波路２２周辺の隙間２６の空気層２７は、ＩＴＯ膜２５への電流をＯＮ、ＯＦＦすることによって膨張と収縮を繰り返すが、空気層２７はちどり状に配列されたマイクロバンプ３０ａ、３０ｂの多数の隙間２６ｍを矢印Ｂ２に示すように通過する。したがって、空気層２７が外部への拡散と外部からの吸収を繰り返すことで、隙間２６の空気層２７の圧力は、ほぼ一定に保たれる。なお、吸収の場合の空気の流れは、矢印Ｂ２の向きと反対になる。
　図７（ｂ）において、光導波路２２周辺の隙間２６の空気層２７は、ＩＴＯ膜２５への電流をＯＮ、ＯＦＦによって膨張と収縮を繰り返すが、空気層２７はランダム状に配列されたマイクロバンプ３０ａ、３０ｂの多数の隙間２６ｍを矢印Ｂ３に示すように通過する。したがって、外部への拡散と外部からの吸収を繰り返すことで、隙間２６の空気層２７の圧力は、ほぼ一定に保たれる。なお、吸収の場合の空気の流れは、矢印Ｂ３の向きと反対になる。
　マイクロバンプ３０ａ、３０ｂの配列は、マイクロバンプが所定の厚さと、所定の範囲の間隔を備えていれば、格子状、ちどり状、ランダム状であって、バンプの隙間２６ｍが空気層２７の流通経路となって、光導波路２２にストレスが加わることを防ぐことができる。また、マイクロバンプが格子状、ちどり状、ランダム状などの配列を有することで、バンプ間の隙間は極めて狭く薄くなるので、外部からのゴミなどの侵入を防ぐことができる。
　上述したように、光デバイス１では、波長変換素子２０の温度調整を行うヒータを、波長変換素子２０の下面全体を覆うＩＴＯ膜２５によって構成し、ヒータとしてのＩＴＯ膜２５を波長変換素子２０に形成される光導波路２２に近接して配置している。したがって、光デバイス１は、効率よく高精度に温度調整（温度管理）を行うことができる。また、光デバイス１では、接合にマイクロバンプ構造を採用しているので、シリコン基板１０側の溝が不要であり、圧力変化による波長変換素子２０の歪みの発生や、光導波路２２へのゴミの侵入を防いで、信頼性に優れている。
　なお、ＩＴＯ膜２５の替わりに、ＩｎＴｉＯ膜を用いても良い。ここで、ＩｎＴｉＯ膜は、酸化インジウムにＴｉを添加した膜である。特に１．２μｍより長波長側の近赤外光、例えば１．２６μｍを波長変換し可視光０．６３μｍに変換するＳＨＧ型の波長変換素子では、ＩＴＯ膜も適用可能であるが、ＩｎＴｉＯ膜の方が好ましい。ＩｎＴｉＯ膜は、ＩＴＯ膜と同程度の導電性を有し、長波長領域でＩＴＯ膜よりさらに高透過率、且つ低吸収率であるからである。
　図８は、他の光デバイス１００の断面図である。光デバイス１００の全体構成の概略は、図１に示す光デバイス１と同様であり、図１に示すＡＡ´と同様の位置における光デバイス１００の断面図が図８に示すものである。なお、光デバイス１００において、光デバイス１と同一要素には同一番号を付し重複する説明は一部省略する。
　図８における、波長変換素子２０は、光デバイス１の場合と同様に、主成分がＬｉＮｂＯ３であるＳＨＧ結晶のリッジ型構造の波長変換素子である。波長変換素子２０の下部には、波長変換素子２０の長手方向に沿って二つの凹部２１ａ、２１ｂが形成され、この凹部２１ａ、２１ｂの間の凸部２１ｃに光導波路２２が形成される。光デバイス１００は、光素子としてリッジ型波長変換素子を搭載し、この波長変換素子の温度調整を行うヒータが、波長変換素子の光導波路の周辺を除く波長変換素子の下面にＡｕ膜によって形成されている。
　波長変換素子２０の下面の光導波路２２を挟んだ面、すなわち、平面部２０ａ、２０ｂと凹部２１ａ、２１ｂの一部の領域には、薄いＡｕ膜４０、４１が形成されている。Ａｕ膜４０、４１の一部は、光導波路２２に沿って形成され、光導波路２２を加熱するヒータとして機能するが、Ａｕ膜４０、４１の詳細なパターン形状は後述する。なお、Ａｕ膜４０、４１は、光導波路２２の近傍には形成されず、所定の距離を保って配置されている。
　シリコン基板１０の上面の波長変換素子２０の平面部２０ａ、２０ｂに対向する位置には、光デバイス１と同様に、導電性と熱伝導性に優れ、所定の厚さを有するＡｕから構成されたマイクロバンプ３０ａ、３０ｂがそれぞれ形成されている。シリコン基板１０上のマイクロバンプ３０ａ、３０ｂと、波長変換素子２０の平面部２０ａ、２０ｂのＡｕ膜４０、４１とを位置合わせして加圧することで、シリコン基板１０と波長変換素子２０は常温活性化接合する。
　マイクロバンプ３０ａ、３０ｂによって、波長変換素子２０とシリコン基板１０の間には、空気層による隙間２６が存在する。隙間２６によって、波長変換素子２０の下部に位置する光導波路２２は、シリコン基板１０と接することがなく、光導波路２２の左右及び下面は、空気層で覆われている。隙間２６が存在することで、光導波路２２の周囲の左右及び下面の三面が空気層となり、この周囲の空気層との屈折率差を利用して光導波路２２に光を閉じこめることができる。
　図９は、光デバイス１００の波長変換素子２０の一部を拡大した上面図である。
　図９に示すように、波長変換素子２０の略中心の長手方向に光導波路２２が配設され、光導波路２２を挟んで、波長変換素子２０の下面にヒータとしてのＡｕ膜４０、４１が形成されている。
　Ａｕ膜４０、４１は、ヒータ部４０ａ、４１ａを有している。ヒータ部４０ａ、４１ａは所定の電気抵抗を有するように幅の狭い線状に形成され、光導波路２２を挟み、光導波路２２の長手方向に沿って光導波路２２から所定の間隔を保って配設されている。ヒータ部４０ａ、４１ａは、所定の間隔で接続する複数の導出部４０ｂ、４１ｂと接続され、各導出部４０ｂ、４１ｂは電極４０ｃ、４１ｃと接続されている。すなわち、Ａｕ膜４０、４１は、ヒータ部４０ａ、４１ａと、複数の導出部４０ｂ、４１ｂ、及び、複数の電極４０ｃ、４１ｃによって構成されている。
　図９に示すように、Ａｕ膜４０、４１のヒータ部４０ａ、４１ａは、波長変換素子２０の凹部２１ａ、２１ｂに形成され、電極４０ｃ、４１ｃは平面部２０ａ、２０ｂに形成され、導出部４０ｂ、４１ｂは、凹部２１ａ、２１ｂから平面部２０ａ、２０ｂにかけて形成されている。なお、図８は、図９で示す導出部４０ｂ、４１ｂのいずれかの略中心に沿って断面を示す断面図である。
　それぞれの電極４０ｃ、４１ｃに対向するシリコン基板１０上には、マイクロバンプ３０ａ、３０ｂ（図８参照）が形成されている。光デバイス１について説明したように、波長変換素子２０とシリコン基板１０を加圧すれば、波長変換素子２０とシリコン基板１０は、常温活性化接合して、機械的、電気的、熱的に結合する。常温活性化接合後に、マイクロバンプ３０ａ、３０ｂを介してシリコン基板１０から複数の電極４０ｃ、４１ｃに所定の電圧を供給すると、ヒータ部４０ａ、４１ａに電流が流れて発熱し、光導波路２２とその周辺を加熱して温度調整することができる。
　一例として、図９で示す二つの電極４０ｃ間に電圧Ｖ１を印加し、他の電極４０ｃ間に異なる電圧Ｖ２を印加したとする。ここで、電圧Ｖ１が印加されたヒータ部４０ａの電気抵抗をＲ１とし、電圧Ｖ２が印加されたヒータ部４０ａの電気抵抗をＲ２とする。
　電気抵抗Ｒ１とＲ２が等しくても、印加する電圧Ｖ１とＶ２が異なれば、それぞれの電極４０ｃ間のヒータ部４０ａには、電圧に応じた異なる電流が流れるので、その電流と電極４０ｃ間のヒータ４０ａの電気抵抗に応じた熱が発生する。すなわち、ヒータ部４０ａに所定の間隔で複数の電極４０ｃを設けることで、各電極間に異なる電圧を印加して、光導波路２２を所定のブロックごとに分割した温度調整を実現することができる。
　例えば、光デバイスの端部に近い光導波路２２のブロックでは、外気の影響を受けやす
いので温度を高めに調整し、光デバイスの中心付近の光導波路２２のブロックでは、温度
を低めに調整するなど、外部環境に応じた細かい温度制御を行うことができる。なお、上記では、光導波路２２の図面上左側のヒータ部４０ａについて述べたが、図面上右側のヒータ部４１ａについても、同様に各電極４１ｃ間に異なる電圧を印加して、ブロックごとに温度調整することができる。この温度調整は、左右のヒータ部４０ａ、４１ａの両方を同時に行うことが好ましいが、必要に応じて左右別々に温度調整しても良い。
　光デバイス１００では、一つのヒータ部に対して複数の電極を設けてブロックごとの温度調整ができる構成を例としたが、この構成に限定されるものではなく、たとえば、ヒータ部の両端のみに電極を設けて所定の電圧を印加することで、ヒータ部全体を一括して温度調整する簡易的な制御を行っても良い。
　上述したように、光デバイス１００では、光導波路２２を加熱するヒータをＡｕ膜４０、４１によって構成するので、シリコン基板１０側のマイクロバンプ３０ａ、３０ｂと接合するために、波長変換素子２０の下面に別途Ａｕ膜を設ける必要がないという利点がある。よって、ＩＴＯ膜の表面にＡｕ膜を形成した光デバイス１より、波長変換素子２０の製造工程を簡略化できる。また、Ａｕ膜４０，４１のヒータ部４０ａ、４１ａは、光導波路２２の長手方向に沿って形成しているので、ヒータ部４０ａ、４１ａからの発熱を効率よく光導波路２２とその周辺部に伝達できる利点もある。
　光デバイス１００では、光デバイス１と同様に、マイクロバンプ構造を採用することで、波長変換素子２０とシリコン基板１０の間に隙間２６（図８参照）が形成されるため、シリコン基板１０に溝等を設ける必要がないという利点がある。また、光デバイス１００では、光デバイス１と同様に、光導波路２２の周囲の空気層の流通経路が確保されて、光導波路２２にストレスが加わることを防ぐことが出来る利点もある。さらに、光デバイス１００では、光デバイス１と同様に、マイクロバンプは非常に薄く狭い隙間が多数形成される構造であるので、ゴミ等の進入を防いで光導波路２２の周辺にゴミが付着するのを防止できる利点もある。
　光デバイス１００では、ヒータとして機能するＡｕ膜４０、４１に代わりに、光デバイス１で用いたＩＴＯ膜を利用しても良い。この場合、ＩＴＯ膜が形成される波長変換素子２０の平面部２０ａ、２０ｂの表面には、光デバイス１と同様に、Ａｕ膜２３ａ、２３ｂを形成して、シリコン基板１０側のマイクロバンプ３０ａ、３０ｂと接合すれば良い。
　図１０は、更に他の光デバイス１１０の断面図である。光デバイス１１０の全体構成の概略は、図１に示す光デバイス１と同様であり、図１に示すＡＡ´と同様の位置における光デバイス１１０の断面図が図１０に示すものである。なお、光デバイス１１０において、光デバイス１と同一要素には同一番号を付し重複する説明は一部省略する。
　図１０における、波長変換素子２０は、光デバイス１の場合と同様に、主成分がＬｉＮｂＯ３であるＳＨＧ結晶のリッジ型構造の波長変換素子である。波長変換素子２０の下部には、波長変換素子２０の長手方向に沿って二つの凹部２１ａ、２１ｂが形成され、この凹部２１ａ、２１ｂの間の凸部２１ｃに光導波路２２が形成される。光導波路２２は、二つの凹部２１ａ、２１ｂの間の凸部２１ｃに形成されるので、光導波路２２の周囲の三面が空気層となり、周囲の空気層との屈折率差を利用して光を閉じこめることができる。波長変換素子２０の下部の凹部２１ａ、２１ｂ以外の二つの平面部２０ａ、２０ｂには、Ａｕ膜２３ａ、２３ｂが形成されている。光デバイス１１０は、光素子としてリッジ型波長変換素子を搭載し、波長変換素子の温度調整を行うヒータが、波長変換素子と接合するシリコン基板側に搭載されている。
　シリコン基板１０の上面の波長変換素子２０の平面部２０ａ、２０ｂに対向する位置には、光デバイス１と同様に、導電性と熱伝導性に優れたＡｕから構成されるマイクロバンプ３０ａ、３０ｂがそれぞれ形成されている。これにより、シリコン基板１０上のマイクロバンプ３０ａ、３０ｂと、波長変換素子２０の下面のＡｕ膜２３ａ、２３ｂが常温活性化接合して、シリコン基板１０と波長変換素子２０とが接合される。
　マイクロバンプ３０ａ、３０ｂのそれぞれの直下に位置するシリコン基板１０の表面近傍には、波長変換素子２０の温度調整手段であるヒータ５０ａ、５０ｂが形成されている。ヒータ５０ａ、５０ｂの上方に近接して、それぞれマイクロバンプ３０ａ、３０ｂが形成されている。したがって、ヒータ５０ａ、５０ｂとマイクロバンプ３０ａ、３０ｂは、波長変換素子２０の光導波路２２を挟んで配置されることになる。光導波路２２の直下にはヒータ５０ａ、５０ｂとマイクロバンプ３０ａ、３０ｂは形成されず、光導波路２２の直下から離れた領域に形成されている。
　図１０に示すように、ヒータ５０ａ、５０ｂが通電されることで発生する熱は、熱伝導性に優れたマイクロバンプ３０ａ、３０ｂを介して、矢印Ｃ１で示すルートで波長変換素子２０の光導波路２２近傍に伝達される。したがって、ヒータ５０ａ、５０ｂが通電されることで発生する熱は、光導波路２２を効率よく加熱し温度調整することができる。なお、マイクロバンプ３０ａ、３０ｂと、ヒータ５０ａ、５０ｂの詳細は後述する。
　図１１は、図１０に示す光デバイス１１０のシリコン基板１０と波長変換素子２０を模式的に示した上面図である。
　図１１において、半導体レーザ３、サブ基板４、及びマイクロバンプ３０ａ、３０ｂ等は省略しており、シリコン基板１０と波長変換素子２０の位置関係が明確になるように透視図として記述している。図１１において、光導波路２２は、波長変換素子２０の長手方向の一方の端部から他方の端部まで形成され、図面において上側の光導波路２２の端部の出射口２２ｂから、高調波のレーザ光Ｌ１が出射される。
　２列のヒータ５０ａ、５０ｂは、光導波路２２の近傍に光導波路２２を挟むように、光導波路２２の左右両側に沿って形成されている。ヒータ５０ａ、５０ｂによって光導波路２２の全体が均一に加熱されて温度調整することができる。また、ヒータ５０ａ、５０ｂは、配線パターン５０ｃ、５０ｄによって並列接続されて、シリコン基板１０上の電極５０ｅ、５０ｆに接続されている。外部から電極５０ｅ、５０ｆに電圧を印加して所定の電流を供給することで、ヒータ５０ａ、５０ｂを加熱して、波長変換素子２０の光導波路２２を温度調整することができる。
　光デバイス１１０では、光導波路２２を挟んでシリコン基板１０側に２列のヒータ５０ａ、５０ｂを設けており、ヒータ５０ａ、５０ｂに近接した上方にＡｕのマイクロバンプ３０ａ、３０ｂを配置している。したがって、シリコン基板１０のヒータ５０ａ、５０ｂが発生する熱をマイクロバンプ３０ａ、３０ｂを介して効率良く光導波路２２に伝達でき、波長変換素子２０の温度調整を行うことができる。
　光デバイス１１０では、図１０に示すように、波長変換素子２０の平面部２０ａ、２０ｂの直下にマイクロバンプ３０ａ、３０ｂとヒータ５０ａ、５０ｂを形成し、光導波路
２２の直下にはマイクロバンプとヒータを配置しない構成を採用している。この理由
は、光デバイス１で説明した光導波路２２の直下にマイクロバンプを配置しない理由と同様であるので、ここでの説明は省略する。
　なお、シリコン基板１０にヒータ５０ａ、５０ｂを駆動するためのヒータ駆動回路が内蔵されている場合は、外部に接続する電極５０ｅ、５０ｆは不要であり、ヒータ５０ａ、５０ｂの両端は、内蔵のヒータ駆動回路に接続されることとなる。シリコン基板１０はヒータ駆動回路だけでなく、半導体レーザ３（図２参照）を駆動する回路や、他の様々な回路を内蔵することもできる。
　以上のように、光デバイス１１０は、波長変換素子２０を温度調整するためのヒータを、シリコン基板１０の表面近傍に形成しているので、波長変換素子２０側にヒータを形成する必要が無く、波長変換素子２０の製造工程を簡素化することができる。また、シリコン基板１０に形成するヒータ５０ａ、５０ｂは、シリコン基板１０を製造する半導体プロセスで形成できるので、ヒータのために新たな製造工程を追加する必要が無く、効率よく光デバイスを製造することができる。
　光デバイス１１０では、光デバイス１と同様に、マイクロバンプ構造を採用することで、波長変換素子２０とシリコン基板１０の間に隙間２６（図１０参照）が形成
されるため、シリコン基板１０に溝等を設ける必要がない利点がある。また、光デバイス１１０では、光デバイス１と同様に、光導波路２２の周囲の空気層の流通経路が確保されて、光導波路２２にストレスが加わることを防ぐことができる利点もある。さらに、光デバイス１１０では、光デバイス１と同様に、マイクロバンプは非常に薄く狭い隙間が多数形成される構造であるので、ゴミ等の進入を防いで光導波路２２の周辺にゴミが付着するのを防止できる利点もある。
　上述した光デバイス１、１００及び１１０では、リッジ型構造の波長変換素子を例として示したが、波長変換素子は、リッジ型に限定されるものではなく、たとえば、プロトン交換法による波長変換素子や埋め込み型の波長変換素子でも良い。また、光素子は波長変換素子に限定されず、他の機能を備えた光素子であって良い。なお、波長変換素子２０を
温度調整するヒータは、波長変換素子側とシリコン基板側の両方に設けても良い。
　上述した光デバイス１、１００及び１１０は、青色、緑色などの短波長レーザ光源として、レーザ・プロジェクタやレーザ光による照明装置、光ピンセットなどの様々な分野で幅広く利用することができる。
　図１２は、更に他の光デバイス２００の全体構成の概略を示す図である。
　図１２に示すように、光デバイス２００は、板状のシリコン基板２０７と、シリコン基板２０７上に接合される光素子としての波長変換素子２０１及びレーザ光を出射する半導体レーザ２０３等から構成される。
　光デバイス２００はパッケージ材である金属部材２０４により支持されている。ここでは便宜上、板状の金属部材２０４として示している。金属部材２０４は、シリコン基板２０７を固着して光デバイス２００の全体を機械的に保護すると共に、光デバイス２００の放熱手段としての機能も備えている。
　半導体レーザ２０３はシリコン基板２０７から図示しない手段によって駆動電流の供給を受けると、赤外光の基本波（図示せず）を出射する。波長変換素子２０１は、半導体レーザ２０３からの赤外光を導波路２０１ａ（破線で示す）に受光し、導波路２０１ａの内部で高調波光に変換して緑色光、または青色光のレーザ光Ｌ１を導波路２２の出射口１ｂから出射する。
　例えば、一例として、半導体レーザ２０３が波長１０６４ｎｍの赤外光を発振して、波長変換素子２０１が波長５３２ｎｍの緑色のレーザ光に変換する。他の例としては、半導体レーザ２０３が波長８６０ｎｍの赤外光を発振して、波長変換素子２０１が波長４３０ｎｍの青色のレーザ光に変換する。上記の例では、図１２に示す光デバイス２００は、レーザ光を光源とする小型プロジェクターなどの光源装置などに利用することができる。
　図１３は光デバイス２００の平面図であり、図１４は図１３のＤ－Ｄ’断面図である。図１３及び図１４において、金属部材２０４は省略されている。図１５は、波長変換素子２０１の平面図であり、図１３の光デバイス２００の平面図に対応している。図１６は、ヒータと引き出し部との接続部の拡大図である。図１７は、シリコン基板２０７の平面図である。図１７は、図１３の光デバイス２００の平面図に対応している。
　波長変換素子２０１は、例えば、主成分がＬｉＮｂＯ３であるＳＨＧ結晶のプロトン交換型の波長変換素子である。図１３～図１５に示すように、波長変換素子２０１の下部の略中央には、プロトン交換法によって導波路２０１ａが形成されている。導波路２０１ａの長手方向に沿った箇所に、ＳｉＯ２膜等を介して、帯状のヒータ２０２が形成されている。
　ヒータ２０２を形成する透明導電膜は、酸化インジウム（ＩＴＯ）膜から構成されている。ヒータ２０２を光導波路２０１ａを導波する光に対して透明な導電膜で形成することにより、レーザ等の強い光が光導波路２０１ａを導波して、ヒータ２０２を照射した場合であっても、光が吸収されることによるヒータ２０２の損傷を抑えることができる。
　なお、ヒータ２０２を形成する透明導電膜として、ＩＴＯの替わりに、ＩｎＴｉＯを用いても良い。ここで、ＩｎＴｉＯ膜は、酸化インジウムにＴｉを添加した膜である。特に１．２μmより長波長側の近赤外光、例えば１．２６μmを波長変換し可視光０．６３μｍに変換するＳＨＧ型の波長変換素子に適用する場合は、ＩＴＯ膜も適用可能であるが、ＩｎＴｉＯ膜を用いる方が好ましい。ＩｎＴｉＯ膜は、ＩＴＯ膜と同程度の導電性を保ったまま長波長領域でＩＴＯ膜よりさらに高透過率且つ低吸収率とすることができるからである。
　帯状のヒータ２０２に対して、ヒータ２０２と同じ材料により、ヒータ２０２に電圧を印加するための複数の引き出し部２０５が、所定の間隔で形成されている。ヒータ２０２は、ヒータとして機能するために、高抵抗となるように細く構成され、引き出し部２０５はヒータ２０２より低い抵抗となるように太く構成されている。引き出し部２０５は少なくとも３つ設けられている。
　図１５のＦ（図１６参照）に示すように、引き出し部２０５は、ヒータ２０２との接続部は細く、ヒータ２０２から離れるに従って太くなるように形成されている。これは、ヒータ２０２のヒータとして機能する高抵抗の領域を多く確保するためである。ヒータ２０２と引き出し部２０５とは、酸化インジウム（ＩＴＯ）等の透明導電膜をパターニングすることにより、同時に形成することができる。
　波長変換素子２０１では、導波路２０１ａに対して、ヒータ２０２を分割することなく、一様に形成することができるので、ヒータ２０２による導波路２０１ａに対する光学的な影響を抑えることが可能となる。
　図１４及び図１５に示すように、波長変換素子２０１に形成された引き出し部２０５と重なるように、Ａｕ膜２２３が形成されている。Ａｕ膜２２３は、後述するシリコン基板２０７上に形成されたマイクロバンプ２３０と接合するための金属膜である。
　図１３、図１４及び図１７に示すように、シリコン基板２０７上には、波長変換素子２０１に形成されたＡｕ膜２２３に応じた位置に電極パターン２０６が形成されている。電極パターン２０６には、波長変換素子２０１のＡｕ膜２２３と接合するためのマイクロバンプ２３０が形成されている。また、電極パターン２０６には、外部との電気的接続のための端子Ｔａ、Ｔｂが形成される。図１３及び図１４のＥに示すように、波長変換素子２０１のＡｕ膜２２３とシリコン基板２０７のマイクロバンプ２３０とが接合することにより、波長変換素子２０１とシリコン基板２０７とが機械的に接合する。接合によって、マイクロバンプ２３０、Ａｕ膜２２３及び引き出し部２５を介して、端子Ｔａ、Ｔｂとヒータ２０２とが導通した状態となり、端子Ｔａ、Ｔｂからヒータ２０２に電圧を印加することが可能となる。
　図１２～図１７に示した光デバイス２００では、プロトン交換型の導波路を有する波長変換素子２０１に対して、ヒータ２０２及び引き出し部２０５が設けられる例を示した。しかしながら、リッジ型の導波路を有する波長変換素子に対して、図１３～図１５に示すようなヒータ２０２及び引き出し部２０５を設けることも可能である。
　図１８は、マイクロバンプ接合を説明するための図である。図１８（ａ）はシリコン基板２０７と波長変換素子２０１とが、マイクロバンプ３３０によって接合されることを説明する斜視図であり、図１８（ｂ）はシリコン基板２０７と波長変換素子２０１とが、マイクロバンプ３３０によって接合されることを説明する側面図である。
　図１８（ａ）及び図１８（ｂ）において、シリコン基板２０７の上面には、Ａｕ薄膜上にＡｕから構成される円柱状のマイクロバンプ３３０を多数形成する。一方、波長変換素子２０１の下面、すなわち、シリコン基板２０７に接合される面には、Ａｕ薄膜２２３が形成されている。この状態で、シリコン基板２０７に波長変換素子２０１を載せて加熱することなく加圧すると、Ａｕが活性化して常温でシリコン基板２０７と波長変換素子２０１は接合する（常温活性化接合）。例えば、マイクロバンプ３３０の直径は、５μｍ程度、高さは１μｍ程度である。
　Ａｕのマイクロバンプによる接合は加熱が必要ないので、製造工程を簡略化できる。また、加熱によってシリコン基板２０７と波長変換素子２０１が位置ずれを起こす心配がなく、シリコン基板２０７と波長変換素子２０１を高精度に接合することができる。
　図１９は、光装置２０９の一部の構成を示す説明図である。
　図１９は、波長変換素子２０１のヒータ２０２、引き出し部２０５及び端子Ｔａ、Ｔｂの電気的な等価回路を示している。光装置２０９は、光デバイス２００と、端子Ｔａ、Ｔｂに対して電圧を印加する電圧印加手段２０８とを備えている。
　図１９に示すように、ヒータ２０２が抵抗Ｒの領域に分割され、各抵抗Ｒの両端に引き出し部２０５が接続され、各引き出し部２０５の端部に端子Ｔａ、Ｔｂが設けられている。各端子Ｔａ、Ｔｂに印加する電圧により、ヒータ２０２の各抵抗Ｒに流れる電流によるジュール熱を制御することで、ヒータ２０２による導波路の部分的な温度制御が可能となる。
　図２０は、各端子Ｔａ、Ｔｂへの電圧の印加の例を示す説明図である。
　図２０に示すように、一つおきに位置する端子Ｔｂ１～５に同一の電圧Ｖｘを印加し、残りの端子Ｔａ１～４にそれぞれ異なる電圧Ｖ１～Ｖ４を印加することにより、２つの抵抗Ｒからなる領域（ＡＲＥＡ）１～４に対して、それぞれ異なる電流Ｉ１～Ｉ４を流すことができる。これにより、領域（ＡＲＥＡ）１～４において、独立して温度制御を行うことが可能となる。
　図２１は、電圧印加手段２０８によるヒータ２０２の制御例を示す図である。図２１（ａ）は端子Ｔａに印加する電圧と端子Ｔｂに印加する電圧とに位相差がない場合の制御例を示す図であり、図２１（ｂ）は端子Ｔａに印加する電圧と端子Ｔｂに印加する電圧とに位相差がある場合（１）を示す図であり、図２１（ｃ）は、端子Ｔａに印加する電圧と端子Ｔｂに印加する電圧とに位相差がある場合（２）を示す図である。図２１に示す制御零は、いわゆるパルス幅変調制御であり、端子Ｔａ及び端子Ｔｂに、同一の振幅、周期を有する矩形波の電圧を印加している。
　図２１（ａ）に示すように、端子Ｔａに印加する電圧と端子Ｔｂに印加する電圧とに位
相差がない場合（ｔｄ＝０）、ヒータ２０２の抵抗Ｒの両端に電位差（Ｖｄ）は生じず、抵抗Ｒに電流は流れないため熱エネルギーは発生しない。また、図２１（ｂ）に示すように、端子Ｔａに印加する電圧と端子Ｔｂに印加する電圧とに位相差ｔｄが、０＜ｔｄ＜Ｔ／２である場合、ヒータ２０２の抵抗Ｒに電位差（Ｖｄ）に応じた電流が流れることにより発生する熱エネルギーは、Ｐ＝Ｖ２／Ｒ x ２ｔｄ／Ｔとなる。
　さらに、図２１（ｃ）に示すように、端子Ｔａに印加する電圧と端子Ｔｂに印加する電圧との位相差ｔｄが、ｔｄ＝Ｔ／２である場合、ヒータ２０２の抵抗Ｒに電位差（Ｖｄ）に応じた電流が流れることにより発生する熱エネルギーは、Ｐ＝Ｖ２／Ｒとなり、最大となる。
　図２１に示すように、電圧印加手段２０８は、パルス幅変調制御方式によって、コモン電極（図２０の例ではＴｂ）に対して加える矩形波を基準として位相シフトした矩形波を各制御電圧端子（図２０の例ではＴａ）に加える構成としている。この方式では、アナログ（波高値）制御と比較し、簡単なデジタル回路だけで、例えば１０ビット以上の多ビットでのデジタル制御による精密な温度制御を容易に実現することが可能となる。
　図１２～図２１に示した光デバイス２００及び光装置２０９が有するヒータの構造及びヒータの制御方法を、前述した光デバイス１、１００及び１１０に適用することも可能である。なお、光デバイスに電圧印加手段を備えた光装置を、光デバイスと称する場合もある。
　図２２は更に他の光デバイス３００における波長変換素子３０１の平面図であり、図２３は図２２に示す波長変換素子３０１の断面図である。図２２及び図２３では、光デバイス３００における波長変換素子３０１の一部のみを示しており、他の構成は前述した光デバイス２００と同様である。
　図２２及び図２３に示すように、波長変換素子３０１には、Ａｕからなる第１の電極３１０ａと、第２の電極３１０ｂとが設けられている。
　複数の第１の電極３１０ａ側からは、導波路３０１ａに向けて、同じＡｕからなる引き出し部３０１ａが設けられている。各引き出し部３０１ａの先端には、導波路３０１ａに沿って平行にＡｕからなるヒータ３０２ａが設けられている。同様に、複数の第２の電極３０ｂ側からは、導波路３０１ａに向けて、同じＡｕからなる引き出し部３０１ｂが設けられている。各引き出し部３０１ｂの先端には、導波路３０１ａに沿って平行にＡｕからなるヒータ３０２ｂが設けられている。
　光デバイス３００の波長変換素子３０１では、導波路３０１ａを凸形状のリッジ部分に設けている。上記構成ではリッジ部分の両側部の凹部の位置まで引き出し部３０１ａ、３０１ｂを延ばして形成するため、ヒータ３０２ａ、３０２ｂを導波路３０１ａに近づけて配置でき、ヒータ３０２ａ、３０２ｂで導波路３０１ａを直接加熱できるようになった。なお、導波路３０１ａは、リッジ構造部分以外に設けるようにしても良い。
　光デバイス３００の波長変換素子３０１では、同一の材質（例えばＡｕ）で、第１の電極３１０ａ、第２の電極３１０ｂ、引き出し部３０１ａ、３０１ｂ及びヒータ３０２ａ、３０２ｂが波長変換素子３０１に形成されている。第１の電極３１０ａ、第２の電極３１０ｂは、図１４で示すシリコン基板２０７上に形成されたマイクロバンプ２３０と接合するための金属膜としても用いられる。第１の電極３１０ａ、第２の電極３１０ｂ、引き出し部３０１ａ、３０１ｂ及びヒータ３０２ａ、３０２ｂを同一の材質（例えばＡｕ）とすることで、容易にパターン形成できるようになった。また、接合する電極（金属膜）と同一の材質でヒータを形成したので、ヒータ３０２ａ、３０２ｂの電極を個別に導出する必要がない。
　波長変換素子３０１におけるパターン形成時に、パターンのサイズを調整して、例えば５Ｖ等のパルス幅変調制御に適した抵抗値にすることができる。例えば、Ａｕ薄膜によるヒータ３０２ａ、３０２ｂを、長さＬ＝１ｍｍ、断面積Ａ＝２μｍ×０．５μｍとしたとき、ヒータ抵抗Ｒ＝ρＬ／Ａ＝２３．５Ω、Ａｕの抵抗比ρ＝２．３５×１０-８Ωｍ、Ｌ＝１×１０-３ｍ、Ａ＝２×０．５×１０-１２ｍ２となる。これにより、パルス幅変調として５Ｖを印加するとき、２３５ｍＡで、１．０６Ｗとなるので、引き出し部３０１ａ、３０１ｂの長さＷは２ｍｍ程度とすればよい。
　図２４は、図２３に示す波長変換素子３０１の変形例を示す図である。
　図２４では、図２３に示す波長変換素子３０１において、分極反転用の電極３０５を設けた変形例である波長変換素子３０１´を示している。図２４に示すように、波長変換素子３０１´では、分極反転用の電極３０５は、波長変換素子３０１´の全幅に渡って設けるのではなく、導波路３０１ａのリッジ部分に対応した箇所（所定幅Ｗ１）にだけ設けられている。分極反転用の電極３０５は、ＩＴＯ膜で形成する。また、波長変換素子３０１´では、波長変換素子３０１´を構成する第１の基板３０８ｃと第２の基板３０８ｄとを接着層３０６で接着している。導波路３０１ａと電極３０５の間に接着層３０６を存在させることにより、ＩＴＯ膜による分極反転用の電極３０５部分での熱伝導を減らすことができる。
　図２５（ａ）はヒータ印加電圧の検知方式を説明するための図であり、図２５（ｂ）はヒータ印加電圧の他の検知方式を説明するための図である。
　図２２に示した複数の第１の電極３１０ａ、第２の電極３１０ｂを用いてブロック的に温度制御が行うことができる。この場合、電極間の印加電圧は、図２５に示すような一般的な４端子法により正確に検出することができる。以下、複数の第１の電極３１０ａを例に説明する。
　図２５（ａ）は、ヒータ３０２ａ２（Ｒ２）の印加電圧を検出する場合を示している。この場合、一対の電極３１０ａ２及び３１０ａ３の両隣の電極３１０ａ１及び３１０ａ４から電流Ｉを供給し、ヒータ３０２ａ２の一対の電極３１０ａ２及び３１０ａ３間の電圧Ｖを検出する。
　図２５（ｂ）ヒータ３０２ａ３（Ｒ３）の印加電圧を検出する場合を示している。この場合、一対の電極３１０ａ３及び３１０ａ４の両隣の電極３１０ａ２及び３１０ａ５から電流Ｉを供給し、ヒータ３０２ａ３の一対の電極３１０ａ３及び３１０ａ４間の電圧Ｖを検出する。
　図２２～図２５に示した光デバイス３００及び光デバイス３００の変形例が有するヒータの構造及びヒータの制御方法を、前述した光デバイス１、１００及び１１０に適用することも可能である。なお、光デバイスに電圧印加手段を備えた光装置を、光デバイスと称する場合もある。

Claims (9)

  1. 　光デバイスであって、
    　基板と、
    　前記基板と向かい合う面に形成された光導波路を有する光素子と、
    　前記光導波路を挟んで位置するように前記基板上に形成された接合部と、
    　前記光導波路を加熱するために、前記光素子又は前記基板の少なくとも一方に形成されたヒータと、
    　金属材料から構成されたマイクロバンプ構造と、を有し、
    　前記光導波路と前記基板との間に隙間が形成されるように、前記マイクロバンプ構造を介して前記接合部と前記光素子とが接合されている、
    　ことを特徴とする光デバイス。
  2. 　前記マイクロバンプ構造は、前記光導波路と前記基板との間に形成された前記隙間に対して、空気の出し入れが可能な隙間を有している、請求項１に記載の光デバイス。
  3. 　前記ヒータは、前記光素子の前記基板と向かい合う面に形成されている、請求項１又は２に記載の光デバイス。
  4. 　前記マイクロバンプ構造はＡｕから構成されて、前記接合部上に形成され、
    　前記光素子は、前記マイクロバンプ構造と接合するためのＡｕ膜を有する、
    　請求項１～３の何れか一項に記載の光デバイス。
  5. 　前記マイクロバンプ構造は、高さ１～５μｍで直径２～１０μｍの円柱状の突起が５～３０μｍの間隔で形成されている、請求項１～４の何れか一項に記載の光デバイス。
  6. 　前記ヒータは、ＩＴＯ膜又はＩｎＴｉＯ膜から構成される、請求項１～５の何れか一項に記載の光デバイス。
  7. 　前記ヒータは、前記光導波路の長手方向に沿って帯状に形成され、
    　前記ヒータに電圧を印加するため、前記ヒータの長手方向に所定の間隔で設けられた引き出し部を更に有する、請求項１～６の何れか一項に記載の光デバイス。
  8. 　前記引き出し部は、前記ヒータから離れるに従って太く形成される接続部を有している、請求項７に記載の光デバイス。
  9. 　前記引き出し部にパルス幅変調方式の電圧を印加するための電圧印加手段を更に有する、請求項８に記載の光デバイス。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020134599A (ja) * 2019-02-14 2020-08-31 古河電気工業株式会社 光半導体素子および集積型半導体レーザ
JP2022138985A (ja) * 2021-03-11 2022-09-26 株式会社豊田中央研究所 位相シフタ

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SG11201702990VA (en) 2014-10-16 2017-05-30 Agency Science Tech & Res Optical waveguide structure and optical gas sensor, and methods of fabrication thereof
JP6566313B2 (ja) * 2015-03-13 2019-08-28 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 表示装置および発光装置
US10162244B1 (en) 2017-06-27 2018-12-25 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Configurable heating device
US11209673B2 (en) * 2019-10-30 2021-12-28 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Heater structure configured to improve thermal efficiency in a modulator device
US11340512B2 (en) * 2020-04-27 2022-05-24 Raytheon Bbn Technologies Corp. Integration of electronics with Lithium Niobate photonics

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002131712A (ja) * 2000-10-19 2002-05-09 Mitsubishi Electric Corp 光デバイスおよびその製造方法
JP2006184798A (ja) * 2004-12-28 2006-07-13 Fujitsu Ltd 波長分散発生装置
JP2007025583A (ja) * 2005-07-21 2007-02-01 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 熱光学位相変調器およびその製造方法
JP2009522595A (ja) * 2005-12-29 2009-06-11 ネオフォトニクス・コーポレイション 光学部品の熱制御

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3653645A (en) * 1970-12-10 1972-04-04 Allis Chalmers Mfg Co Method and furnace for heat treating materials
JP3129028B2 (ja) * 1993-05-28 2001-01-29 松下電器産業株式会社 短波長レーザ光源
US5869952A (en) * 1997-08-07 1999-02-09 Wahl Clipper Corporation Battery charge indicator having improved resolution
JP2000244048A (ja) 1999-02-22 2000-09-08 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 半導体光装置と半導体光装置の温度制御方法
JP3527455B2 (ja) * 2000-03-09 2004-05-17 日本電信電話株式会社 光信号処理装置
JP2005242012A (ja) * 2004-02-26 2005-09-08 Mitsumi Electric Co Ltd 光デバイス
GB2425401A (en) * 2005-04-21 2006-10-25 Stuart Philip Speakman Manufacture of microstructures using peelable mask
JP4929821B2 (ja) 2006-04-27 2012-05-09 オムロン株式会社 光伝送モジュール
US7824111B2 (en) * 2006-10-27 2010-11-02 Fujitsu Limited Optical module
US20090008729A1 (en) * 2007-07-03 2009-01-08 Advanced Chip Engineering Technology Inc. Image sensor package utilizing a removable protection film and method of making the same
JP5493399B2 (ja) * 2009-03-12 2014-05-14 株式会社ニコン 製造装置、及び、半導体装置の製造方法
JP5294283B2 (ja) * 2009-05-28 2013-09-18 シチズンホールディングス株式会社 光源装置
TW201103107A (en) * 2009-07-07 2011-01-16 Jung-Tang Huang Method for packaging micromachined devices
US8552536B2 (en) * 2010-12-16 2013-10-08 Qualcomm Mems Technologies, Inc. Flexible integrated circuit device layers and processes

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002131712A (ja) * 2000-10-19 2002-05-09 Mitsubishi Electric Corp 光デバイスおよびその製造方法
JP2006184798A (ja) * 2004-12-28 2006-07-13 Fujitsu Ltd 波長分散発生装置
JP2007025583A (ja) * 2005-07-21 2007-02-01 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 熱光学位相変調器およびその製造方法
JP2009522595A (ja) * 2005-12-29 2009-06-11 ネオフォトニクス・コーポレイション 光学部品の熱制御

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020134599A (ja) * 2019-02-14 2020-08-31 古河電気工業株式会社 光半導体素子および集積型半導体レーザ
JP2022138985A (ja) * 2021-03-11 2022-09-26 株式会社豊田中央研究所 位相シフタ
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