WO2022118861A1 - 光デバイス - Google Patents

光デバイス Download PDF

Info

Publication number
WO2022118861A1
WO2022118861A1 PCT/JP2021/043985 JP2021043985W WO2022118861A1 WO 2022118861 A1 WO2022118861 A1 WO 2022118861A1 JP 2021043985 W JP2021043985 W JP 2021043985W WO 2022118861 A1 WO2022118861 A1 WO 2022118861A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
light emitting
emitting element
optical
mounting surface
board
Prior art date
Application number
PCT/JP2021/043985
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
勇一 三浦
貴 秋山
寛夫 梶原
雄亮 渡邊
Original Assignee
シチズン電子株式会社
シチズン時計株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=81853293&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=WO2022118861(A1) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by シチズン電子株式会社, シチズン時計株式会社 filed Critical シチズン電子株式会社
Priority to JP2022566946A priority Critical patent/JP7331272B2/ja
Publication of WO2022118861A1 publication Critical patent/WO2022118861A1/ja

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • 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
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements

Definitions

  • the present invention relates to an optical device.
  • centering because the light emitted from a light emitting element such as a laser diode is incident on an optical waveguide formed in an optical element such as an optical combiner described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2013-195603 with high accuracy.
  • a technique for positioning between a light emitting element and an optical element Two methods, an active alignment method and a passive alignment method, are known as methods for aligning the center between the light emitting element and the optical element.
  • the active alignment method the light emitted from the light emitting element is incident on one end of the optical waveguide formed in the optical element, and the light emitted from the other end of the optical waveguide formed in the optical element is observed and centered.
  • the method On the other hand, in the passive alignment method, an alignment mark for positioning is formed on a substrate on which an optical element is mounted, and based on the formed alignment mark, the light emitting element and the optical element do not emit light from the light emitting element. It is a method of aligning the space.
  • Japanese Patent No. 5449041 describes a technique for joining an optical element via a joint portion in which minute convex portions, also referred to as micro bumps, are formed on the surface.
  • minute convex portions also referred to as micro bumps
  • the position of the optical waveguide of the optical element can be controlled with high accuracy by joining the optical elements via microbumps, so that the alignment can be performed with high accuracy.
  • the accuracy of horizontal alignment depends on the accuracy of the device on which the optical element is mounted, but the accuracy of vertical alignment depends on the optical waveguide and height of the light emitting element and the optical element. Depends on the manufacturing tolerance of the direction. Further, since the heights of the light emitting element and the optical element are different, it is not easy to perform the alignment in the height direction in the passive alignment method with high accuracy.
  • the optical device may have a deterioration in heat dissipation characteristics when it is centered by the spacer.
  • the optical device according to the present embodiment provides an optical device capable of high-precision alignment without causing an increase in manufacturing cost and a decrease in radiation characteristics.
  • the substrate has a second mounting surface connected to the first mounting surface and the first mounting surface via the first step, and is mounted on the substrate. It has one sub-board, a first light emitting element mounted on a first mounting surface and emitting a first light having a first wavelength, and an optical element mounted on a second mounting surface. The position is adjusted by the step, and the first light emitting element is arranged so as to be optically connected to the optical element.
  • the optical element has a first optical waveguide, and the first light emitting element and the optical element are arranged so that the first light is incident on the first optical waveguide. preferable.
  • the first step is set so that the height of the light emitting point of the first light emitting element and the center of the first optical waveguide of the optical element are equal to each other.
  • the optical element further has a base material on which the first optical waveguide is formed downward, and the base material is arranged so as to cover the first optical waveguide. preferable.
  • the first optical waveguide is surrounded by the first recess and the base material when viewed from the emission direction of the first light emitting element.
  • the height D1 of the first sub-board has a distance of H11 between the center of the incident port of the first optical waveguide and the first mounting surface, and the incident port of the first optical waveguide.
  • D1 H11-H21 It is preferably indicated by.
  • the second mounting surface has a first recess on the surface, and a part of the first optical waveguide is arranged in the first recess.
  • the optical device has a fourth mounting surface connected to the third mounting surface and the third mounting surface via the second step, and has a second sub-board mounted on the board.
  • a second light emitting element mounted on the third mounting surface and emitting a second light having a second wavelength different from the first wavelength, and a third step on the fifth mounting surface and the fifth mounting surface.
  • a third sub-board having a sixth mounting surface and being mounted on the substrate, and a third wavelength mounted on the fifth mounting surface and different from the first wavelength and the second wavelength.
  • the optical element is mounted on the fourth mounting surface and the sixth mounting surface, and the position is adjusted by the second step, so that the second light emitting element has a third light emitting element. It is preferable that the third light emitting element is arranged so as to be optically connected to the optical element and is positioned by the third step so as to be optically connected to the optical element.
  • the optical element further has a second optical waveguide and a third optical waveguide, and the second light emitting element is arranged so that the second light is incident on the second optical waveguide. It is preferable that the three light emitting elements are arranged so that the third light is incident on the third optical waveguide.
  • the second step is set so that the height of the light emitting point of the second light emitting element and the center of the second optical waveguide of the optical element are equal to each other
  • the third step is set. It is preferable that the height of the light emitting point of the third light emitting element and the center of the third optical waveguide of the optical element are set to be equal to each other.
  • the first sub-board has a base, an etch stopper layer arranged on the surface of the base, and an upper layer arranged on the surface of the etch stopper layer. It is preferable that the surface of the etch stopper layer forms the first mounting surface and the surface of the upper layer forms the second mounting surface.
  • the first sub-board is a semiconductor and the etch stopper layer is set to less than 1 ⁇ m and 0.01 ⁇ m or more.
  • the optical device it is possible to align the light emitting element and the optical element with high accuracy without causing an increase in manufacturing cost and a decrease in heat dissipation characteristics.
  • FIG. 1 It is a perspective view of the optical device 1 which concerns on 1st Embodiment. It is a perspective view excluding the housing of an optical device 1. It is an exploded perspective view of an optical device 1. It is a bottom view of the optical device 1. It is a rear view excluding the housing of the optical device 1.
  • A) is a perspective view of the first sub-board, and (b) is an enlarged perspective view of a portion indicated by the alternate long and short dash line A in (a).
  • (A) is a perspective view of the second sub-board 21, and (b) is an enlarged perspective view of a portion indicated by the alternate long and short dash line B in (a).
  • (A) is a perspective view of the third sub-board 21, and (b) is an enlarged perspective view of a portion indicated by the alternate long and short dash line C in (a). It is a figure for demonstrating the optical waveguide of an optical element 17. It is a figure for demonstrating the bonding state of the 2nd light emitting element 15. It is a figure for demonstrating the bonding state of an optical element 17. It is a figure for demonstrating the positional relationship between the 2nd light emitting element 15 and the optical element 17. It is a figure which shows the manufacturing method of the 2nd base 31, (a) shows the 1st step, (b) shows the 2nd step, (c) shows the 3rd step, (d) is the 4th step. Is shown. It is a figure which shows the manufacturing method of an optical device 1. It is a figure for demonstrating the thermal conductivity of an optical device 1.
  • FIG. 1 is a perspective view of the optical device 1 according to the first embodiment
  • FIG. 2 is a perspective view excluding the housing of the optical device 1 shown in FIG. 1
  • FIG. 3 is a perspective view of the optical device 1 shown in FIG. It is an exploded perspective view
  • FIG. 4 is a bottom view of the optical device 1 shown in FIG.
  • FIG. 5 is a rear view of the optical device 1 shown in FIG. 1 excluding the housing.
  • the optical device 1 includes a first substrate 2, a second substrate 3, a housing 4, a first photodiode 5, a second photodiode 6, a third photodiode 7, and a first Zener diode 8. It has a second Zener diode 9 and a third Zener diode 10. Further, the optical device 1 includes a first sub-board 11, a second sub-board 12, a third sub-board 13, a first light emitting element 14, a second light emitting element 15, a third light emitting element 16, and optics. It further includes an element 17, a gantry 18, a lens 19, and a thermistor 20. The optical device 1 emits white light in response to the application of a predetermined voltage from the outside.
  • the first substrate 2 and the second substrate 3 are formed of a material having high rigidity and heat dissipation, such as aluminum nitride.
  • the first substrate 2 has a rectangular planar shape and forms the bottom surface of the optical device 1.
  • the second substrate 3 is arranged on the front surface of the first substrate 2, and a plurality of electrodes for electrically connecting the control device for controlling the optical device 1 and the optical device 1 on the back surface of the first substrate 2. Pairs are placed.
  • the electrode pair arranged on the back surface of the first substrate 2 includes a first photodiode 5, a second photodiode 6, and an electrode pair 2r1, 2g1 and 2b1 connected to the anode and cathode of the third photodiode 7. ..
  • the electrode pairs arranged on the back surface of the first substrate 2 are the electrode pairs 2r2, 2g2 and 2b2 connected to the front surface electrode and the back surface electrode of the first light emitting element 14, the second light emitting element 15 and the third light emitting element 16. including. Further, the electrode pair arranged on the back surface of the first substrate 2 includes the electrode pair 2s connected to both ends of the thermistor 20.
  • a joining member 2a for joining the first board 2 and the housing 4 is arranged on the outer edge of the first board 2.
  • the joining member 2a is a joining member having a higher melting point and higher heat dissipation than solder such as a gold-tin alloy.
  • the first substrate 2 and the second substrate 3 are separate substrates, but in the optical device according to the embodiment, the first substrate 2 and the second substrate 3 may be an integral substrate.
  • the first photodiode 5 to the third photodiode 7, the first Zener diode 8 to the third Zener diode 10, the first sub-board 11 to the third sub-board 13, the gantry 18, and The thermistor 20 is mounted.
  • the first photodiode 5 to the third photodiode 7, the first Zener diode 8 to the third Zener diode 10, the first sub-board 11 to the third sub-board 13, the gantry 18, and the thermista On the surface of the second substrate 3, the first photodiode 5 to the third photodiode 7, the first Zener diode 8 to the third Zener diode 10, the first sub-board 11 to the third sub-board 13, the gantry 18, and the thermista.
  • the region other than the region where 20 is mounted is covered with the solder resist 3a which is an insulating layer.
  • a bonding pattern formed on the front surface of the first substrate 2 and a bonding pattern to be bonded are formed on the back surface of the second substrate 3.
  • the bonding pattern formed on the front surface of the first substrate 2 and the back surface of the second substrate 3 is formed by a bonding member having a melting point higher than that of solder such as a gold-tin alloy.
  • the housing 4 is an accommodating member made of a material having high rigidity and heat dissipation characteristics such as alumina, and is joined together with the first substrate 2 by being joined by a joining member whose bottom surface is arranged on the outer edge of the first substrate 2. It is highly airtight and forms a storage space where impurities such as moisture and organic substances do not easily enter.
  • the first photodiode 5 to the third photodiode 7, the first Zener diode 8 to the third Zener diode 10 are accommodated.
  • a circular emission hole 4a from which white light is emitted is formed on one side plate portion in the longitudinal direction of the housing 4.
  • a light transmitting sheet 4b formed of a light transmitting material such as glass and sealing the accommodation space is arranged on one side plate portion in the longitudinal direction of the housing 4 so as to cover the emission hole 4a.
  • the light transmitting sheet 4b may be formed with mask printing or an antireflection film that shields unnecessary light.
  • the first photodiode 5 to the third photodiode 7 are photodiodes formed of silicon, germanium, or the like.
  • the first photodiode 5 to the third photodiode 7 are arranged at the longitudinal end of the second substrate 3.
  • the first photodiodes 5 to 3 are bonded to a bonding pattern formed on the surface of the second substrate 3 by a bonding member having a melting point higher than that of solder such as a gold-tin alloy.
  • the first photodiodes 5 to 3 are arranged to face the first light emitting element 14 to the third light emitting element 16, and detect the light emitted from the first light emitting element 14 to the third light emitting element 16, respectively. Then, a current corresponding to the detected light amount (first light amount to third light amount) is output.
  • the anode and cathode of the first photodiode 5 to the third photodiode 7 are a pair of electrode pairs 2r1, 2g1, 2b1 formed on the back surface of the first substrate 2 via the first substrate 2 and the second substrate 3, respectively. It is connected to (see FIG. 4).
  • the current output from the first photodiode 5 to the third photodiode 7 is a control device via a pair of electrode pairs 2r1, 2g1, 2b1 (see FIG. 4) formed on the back surface of the first substrate 2. Output to (not shown).
  • the first Zener diode 8 to the third Zener diode 10 are connected in parallel to the first light emitting element 14 to the third light emitting element 16, respectively.
  • the first Zener diode 8 to the third Zener diode 10 pass a breakdown current when there is a possibility that an overvoltage is applied to the first light emitting element 14 to the third light emitting element 16, and the first light emitting element 14 to the third light emitting element 14 to emit light. It is an overvoltage prevention element that prevents an overvoltage from being applied to the element 16.
  • the first Zener diode 8 is arranged between the first photodiode 5 and the first sub-board 11.
  • the second Zener diode 9 is arranged between the second photodiode 6 and the second sub-board 12.
  • the third Zener diode 10 is arranged between the third photodiode 7 and the third sub-board 13.
  • the first Zener diode 8 to the third Zener diode 10 are bonded to a bonding pattern formed on the surface of the second substrate 3 by a bonding member having a melting point higher than that of solder such as a gold-tin alloy.
  • the first light emitting element 14 is a laser diode formed on a gallium arsenide substrate, and a forward voltage is applied between the front surface electrode and the back surface electrode via the electrode pair 2r2 arranged on the back surface of the first substrate 2. In response to this, red light is emitted.
  • the red light emitted from the first light emitting element 14 is an example of the first light having the first wavelength.
  • the wavelength of the red light emitted from the first light emitting device 14 is in the range between 620 nm and 750 nm, and is 640 nm in one example.
  • the second light emitting element 15 is a laser diode formed on a gallium nitride substrate, and a forward voltage is applied between the front surface electrode and the back surface electrode via a pair of electrodes arranged on the back surface of the first substrate 2. In response, it emits green light.
  • the green light emitted from the second light emitting element 15 is an example of the second light having a second wavelength different from the first wavelength.
  • the wavelength of the green light emitted from the second light emitting device 15 is in the range between 490 nm and 570 nm, and is 520 nm in one example.
  • the third light emitting element 16 is a laser diode formed on a gallium nitride substrate, and a forward voltage is applied between the front surface electrode and the back surface electrode via a pair of electrodes arranged on the back surface of the first substrate 2. In response, it emits blue light.
  • the blue light emitted from the third light emitting element 16 is an example of the third light having a third wavelength different from the first wavelength and the second wavelength.
  • the wavelength of the blue light emitted from the third light emitting device 16 is in the range between 450 nm and 495 nm, and is 455 nm in one example.
  • the optical element 17 is an optical combiner formed on a silicon substrate, and is, for example, an optical combiner described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2013-195603.
  • the optical element 17 includes a base material 17a formed of silicon, an underclad layer 17b formed on the surface of the base material 17a, and a core 17c which is an optical waveguide formed on the surface of the underclad layer 17b and guided by light. It also includes an overclad layer 17d formed on the surface of the underclad layer 17b and so as to cover the core 17c.
  • the core 17c and the overclad layer 17d form a protrusion protruding from the base material 17a and the underclad layer 17b.
  • the optical element 17 emits white light by combining red light, green light, and blue light emitted from each of the first light emitting element 14 to the third light emitting element 16.
  • the gantry 18 is made of alumina to support the other end of the optical element 17 and hold the lens 19.
  • the upper surface of the gantry 18 is joined to the optical element 17 with a joining member such as an ultraviolet curable adhesive that does not remelt during solder reflow.
  • the bottom surface of the gantry 18 is joined to a joining pattern formed on the surface of the second substrate 3 by a joining member having a melting point higher than that of solder such as a gold-tin alloy.
  • the lens 19 is a convex lens formed of a light transmissive member such as glass, and is held by the gantry 18 by being arranged inside a through hole formed in the gantry 18.
  • the lens 19 is arranged so that the end face on the optical element 17 side is located inside the opening of the through hole on the optical element 17 side.
  • the space between the opening of the through hole and the end face of the lens 19 functions as a diaphragm for reducing stray light emitted from the emission port 52b of the optical element 17.
  • the lens 19 collimates the emitted light incident while diverging from the emission port 52b of the optical element 17 to generate output light which is parallel light, and the generated output light is transmitted through the emission hole 4a and the light transmission sheet 4b. It emits light to the outside of the optical device 1.
  • the thermistor 20 is a temperature detection sensor mounted on the second substrate 3 so as to be covered with an optical element 17 supported by the first sub-board 11, the second sub-board 12, the third sub-board 13, and the gantry 18. be.
  • the thermistor 20 is arranged below the optical element 17.
  • the thermistor 20 changes the resistance value according to the temperature change of the accommodation space formed by the first substrate 2 and the housing 4. Both ends of the thermistor 20 are connected to a pair of electrode pairs 2s formed on the back surface of the first substrate 2 via the first substrate 2 and the second substrate 3.
  • the thermistor 20 outputs a voltage value or a current value corresponding to a resistance value indicating the temperature of the accommodation space to the control device via a pair of electrode pairs 2s formed on the back surface of the first substrate 2.
  • FIG. 6A is a perspective view of the first sub-board
  • FIG. 6B is an enlarged perspective view of a portion shown by the alternate long and short dash line A in FIG. 6A.
  • the first sub-board 11 has a first base 21, a first light emitting element pattern 22, and a first optical element pattern 23, and is mounted on the second substrate 3.
  • the first base 21 is a substantially rectangular parallelepiped member made of a material having high thermal conductivity and high heat dissipation such as silicon, and the first mounting surface 24 and the second mounting surface 25 are on the surface of the first step 26. Is formed through.
  • the first sub-board 11 is joined to the surface of the second board 3 by a joining member having a higher melting point and higher heat dissipation than solder such as sintered silver.
  • the first light emitting element pattern 22 is formed of a thin film containing gold as a main component and is arranged on the first mounting surface 24. Although not shown, a plurality of microbumps containing gold as a main component are formed on the surface of the first light emitting element pattern 22 as the bonding layer 22a. At the location shown by the dotted line in FIG. 6A, the back surface electrode of the first light emitting element 14 subjected to the predetermined treatment is surface-activated and bonded to the bonding layer 22a on the first light emitting element pattern 22. The first light emitting element 14 is mounted on the first sub-board 11.
  • the first light emitting element 14 may be mounted on the first sub-board 11 by a joining member having high heat dissipation such as a gold-tin alloy and not remelting at the time of solder reflow.
  • the front surface electrode of the first light emitting element 14 is connected to one of the pair of electrode pairs 2r2 via a bonding wire (not shown), and the back surface electrode of the first light emitting element 14 is connected to the pair of electrode pairs via the first light emitting element pattern 22. It is connected to the other side of 2r2.
  • the first optical element pattern 23 is formed of a thin film containing gold as a main component and is arranged on the second mounting surface 25. Although not shown, a plurality of microbumps containing gold as a main component are formed on the surface of the first optical element pattern 23 as the bonding layer 23a.
  • the back surface electrode of the optical element 17 that has been subjected to a predetermined treatment is surface-activated and bonded to the bonding layer 23a on the first optical element pattern 23, whereby the optical element 17 is mounted on the first sub-board.
  • the optical element 17 may be mounted on the first sub-board 11 by a joining member such as an ultraviolet curable adhesive that does not remelt during solder reflow.
  • a first recess 27 is formed in the central portion of the first optical element pattern 23.
  • the first optical element pattern 23 and the bonding layer 23a are not arranged inside the first recess 27.
  • a part of the overclad layer 17d of the optical element 17 is arranged inside the first recess 27.
  • FIG. 7 (a) is a perspective view of the second sub-board 12
  • FIG. 7 (b) is an enlarged perspective view of a portion shown by the alternate long and short dash line B in FIG. 7 (a).
  • the second sub-board 12 has a second base 31, a second light emitting element pattern 32, and a second optical element pattern 33, and is mounted on the second substrate 3.
  • the second base 31 is a substantially rectangular parallelepiped member made of a material having high heat dissipation such as silicon, and a third mounting surface 34 and a fourth mounting surface 35 are formed on the surface thereof via a second step 36.
  • the width of the second base 31 is substantially the same as the width of the first base 21.
  • the height of the second base 31 is higher than that of the first base 21, and the length of the second base 31 is shorter than that of the first base 21.
  • the second sub-board 12 is joined to the surface of the second board 3 by a joining member having a higher melting point and higher heat dissipation than solder such as sintered silver.
  • the second light emitting element pattern 32 is formed of a thin film containing gold as a main component and is arranged on the third mounting surface 34. Although not shown, a plurality of microbumps containing gold as a main component are formed on the surface of the second light emitting element pattern 32 as the bonding layer 32a. At the location shown by the dotted line in FIG. 7A, the back surface electrode of the second light emitting element 15 subjected to the predetermined treatment is surface-activated and bonded to the bonding layer 32a on the second light emitting element pattern 32. The two light emitting elements 15 are mounted on the second sub-board 12.
  • the second light emitting element 15 may be mounted on the second sub-board 12 by a joining member having high heat dissipation such as a gold-tin alloy and not remelting at the time of solder reflow.
  • the front surface electrode of the second light emitting element 15 is connected to one of the pair of electrode pairs 2g2 via a bonding wire (not shown), and the back surface electrode of the second light emitting element 15 is a pair of electrode pairs via the second light emitting element pattern 32. Connected to the other of 2g2.
  • the second optical element pattern 33 is formed of a thin film containing gold as a main component and is arranged on the fourth mounting surface 35. Although not shown, a plurality of microbumps containing gold as a main component are formed on the surface of the second optical element pattern 33 as the bonding layer 33a.
  • the back surface electrode of the optical element 17 that has been subjected to a predetermined treatment is surface-activated and bonded to the bonding layer 33a on the second optical element pattern 33, whereby the optical element 17 is mounted on the second sub-board.
  • the optical element 17 may be mounted on the second sub-board 12 by a joining member such as an ultraviolet curable adhesive that does not remelt during solder reflow.
  • a second recess 37 is formed in the central portion of the second optical element pattern 33.
  • the second optical element pattern 33 and the bonding layer 33a are not arranged inside the second recess 37.
  • a part of the overclad layer 17d of the optical element 17 is arranged inside the second recess 37.
  • FIG. 8A is a perspective view of the third sub-board
  • FIG. 8B is an enlarged perspective view of a portion indicated by the alternate long and short dash line C in FIG. 8A.
  • the third sub-board 13 has a third base 41, a third light emitting element pattern 42, and a third optical element pattern 43, and is mounted on the second substrate 3.
  • the third base 41 is a substantially rectangular parallelepiped member formed of a material having high heat dissipation such as silicon, and a fifth mounting surface 44 and a sixth mounting surface 45 are formed on the surface thereof via a third step 46.
  • the third base 41 has the same shape as the second base 31. That is, the length, width, and height of the third base 41 are substantially the same as the length, width, and height of the second base 31.
  • the third sub-board 13 is joined to the surface of the second board 3 by a joining member having a higher melting point and higher heat dissipation than solder such as sintered silver.
  • the third light emitting element pattern 42 is formed of a thin film containing gold as a main component and is arranged on the fifth mounting surface 44. Although not shown, a plurality of microbumps containing gold as a main component are formed on the surface of the third light emitting element pattern 42 as the bonding layer 42a. At the location shown by the dotted line in FIG. 8A, the back surface electrode of the third light emitting element 16 subjected to the predetermined treatment is surface-activated and bonded to the bonding layer 42a on the third light emitting element pattern 42. The third light emitting element 16 is mounted on the third sub-board 13.
  • the third light emitting element 16 may be mounted on the third sub-board 13 by a joining member having high heat dissipation such as a gold-tin alloy and not remelting at the time of solder reflow.
  • the front surface electrode of the third light emitting element 16 is connected to one of the pair of electrode pairs 2r2 via a bonding wire (not shown), and the back surface electrode of the third light emitting element 16 is connected to the pair of electrode pairs via the third light emitting element pattern 42. It is connected to the other side of 2r2.
  • the third optical element pattern 43 is formed of a thin film containing gold as a main component and is arranged on the sixth mounting surface 45. Although not shown, a plurality of microbumps containing gold as a main component are formed on the surface of the third optical element pattern 43 as the bonding layer 43a.
  • the back surface electrode of the optical element 17 that has been subjected to a predetermined treatment is surface-activated and bonded to the bonding layer 43a on the third optical element pattern 43, so that the optical element 17 is mounted on the third sub-board. Further, the optical element 17 may be mounted on the third sub-board 13 by a joining member such as an ultraviolet curable adhesive that does not remelt during solder reflow.
  • a third recess 47 is formed in the central portion of the third optical element pattern 43.
  • the third optical element pattern 43 and the bonding layer 43a are not arranged inside the third recess 47.
  • a part of the overclad layer 17d of the optical element 17 is arranged inside the third recess 47.
  • FIG. 9 is a diagram for explaining the optical waveguide of the optical element 17.
  • the optical element 17 includes a first optical waveguide 51, a second optical waveguide 52, a third optical waveguide 53, a first coupler 54, a second coupler 55, a third coupler 56, and a phase control unit 57.
  • the first optical waveguide 51, the second optical waveguide 52, the third optical waveguide 53, the first coupler 54, the second coupler 55, the third coupler 56, and the phase control unit 57 are of an overclad layer 17d formed of silicon oxide. It is a core 17c formed inside.
  • the first optical waveguide 51, the second optical waveguide 52, and the third optical waveguide 53 are formed as convex portions by the core 17c inside the overclad layer 17d below the base material 17a and are covered with the base material 17a. Arranged like this. A part of the convex portion corresponding to the first optical waveguide 51, the second optical waveguide 52, and the third optical waveguide 53 is the first concave portion 27 of the first sub-board 11, the second concave portion 37 of the second sub-board 12, and the second. 3 It is arranged so as to be inserted into each of the third recesses 47 of the sub-board 13.
  • the outline of the positional relationship between the positions of the first optical waveguide 51, the second optical waveguide 52, and the third optical waveguide 53 in FIG. 9 and the first sub-board 11, the second sub-board 12, and the third sub-board 13 is shown by dotted lines. Shown.
  • the curvatures and shapes of the first optical waveguide 51, the second optical waveguide 52, and the third optical waveguide 53 shown in FIG. 9 are for explanatory purposes and are different from the actual shapes. Therefore, the shapes of the first recess 27 of the first sub-board 11 shown in FIGS. 6 to 8, the second recess 37 of the second sub-board 12, and the third recess 47 of the third sub-board 13 are shown in FIG. It does not match the first optical waveguide 51, the second optical waveguide 52, and the third optical waveguide 53.
  • the end is covered with the first recess 27. Therefore, even if the light emitted from the first light emitting element 14 and incident from the first incident port 51a (the end of the first optical waveguide 51) tries to leak from the first optical waveguide 51, the base material of the optical element 17 is used. It can be confined by the 17a, the underclad layer 17b, and the first recess 27, and the risk of stray light is reduced.
  • the emitted light of the first light emitting element 14 has a vertically long elliptical directivity
  • a part of the convex portion formed inside the overclad layer 17d of the first optical waveguide 51 by the core 17c has an upper end.
  • the red light emitted from the first light emitting element 14 is incident on the first optical waveguide 51 from the first incident port 51a arranged so as to face the emission surface of the first light emitting element 14.
  • the green light emitted from the second light emitting element 15 is incident on the second optical waveguide 52 from the second incident port 52a arranged so as to face the emission surface of the second light emitting element 15.
  • Blue light emitted from the third light emitting element 16 is incident on the third optical waveguide 53 from the third incident port 53a arranged so as to face the emission surface of the third light emitting element 16.
  • the first coupler 54 is, for example, a 3 dB coupler, and combines green light incident through the second optical waveguide 52 and blue light incident via the third optical waveguide 53 and emits them to the second coupler 55. At the same time, green light and blue light are emitted to the phase control unit 57.
  • the second coupler 55 is, for example, a 3 dB coupler, and is combined with the combined light of the red light incident through the first optical waveguide 51 and the green light and blue light incident from the first coupler 54, and the third coupler 56 It emits to.
  • the third coupler 56 is, for example, a 3 dB coupler, and generates white light by combining the combined wave light incident via the second coupler 55 with the green light and blue light incident via the phase control unit 57.
  • the generated white light is emitted from the output port 52b to the lens 19.
  • FIG. 10 is a diagram for explaining a bonding state of the second light emitting element 15.
  • the second light emitting element 15 is bonded on the bonding layer 32a arranged on the second light emitting element pattern 32 arranged on the second base 31.
  • the distance between the light emitting point 15a of the second light emitting element 15 (the place where the maximum amount of green light is emitted from the second light emitting element) and the third mounting surface 34 of the second base 31 is H12 ( ⁇ m), and the light emitting point 15a.
  • the distance between and the bonding layer 32a is HL2.
  • H12 the thickness of the second light emitting element pattern 32 + the thickness of the bonding layer 32a + HL2.
  • the first light emitting element 14 is bonded on the bonding layer 22a arranged on the first light emitting element pattern 22 arranged on the first base 21.
  • the distance between the light emitting point 14a of the first light emitting element 14 (the place where the maximum amount of red light is emitted from the second light emitting element) and the first mounting surface 24 of the first base 21 is H11 ( ⁇ m), and the light emitting point 14a.
  • the distance between and the bonding layer 22a is HL1.
  • the third light emitting element 16 is joined on the bonding layer 42a arranged on the third light emitting element pattern 42 arranged on the third base 41.
  • the distance between the light emitting point 16a of the third light emitting element 16 (the place where the maximum amount of blue light is emitted from the third light emitting element) and the fifth mounting surface 44 of the third base 41 is H13 ( ⁇ m), and the light emitting point 16a.
  • the distance between and the bonding layer 42a is HL3.
  • FIG. 11 is a diagram for explaining a bonding state of the optical element 17.
  • the lower surface of the underclad layer 17b in the vicinity of the second optical waveguide 52 of the optical element 17 is a bonding layer arranged on the second optical element pattern 33 arranged on the second base 31. Joined on 33a.
  • a part of the convex portion formed inside the overclad layer 17d corresponding to the second optical waveguide 52 by the core 17c is arranged in the second concave portion 37.
  • the distance between the center of the second incident port 52a of the second optical waveguide 52 and the fourth mounting surface 35 is H22 ( ⁇ m).
  • H22 thickness of the second optical element pattern 33 + thickness of the bonding layer 33a ⁇ thickness of the second incident port 52a / 2.
  • a part of the convex portion formed inside the overclad layer 17d corresponding to the first optical waveguide 51 by the core 17c is arranged in the first concave portion 27.
  • the distance between the center of the first incident port 51a of the first optical waveguide 51 and the first mounting surface 24 is H11 ( ⁇ m), and the center of the first incident port 51a of the first optical waveguide 51 and the second mounting surface 25 The distance is H21 ( ⁇ m).
  • a part of the protrusion formed by the core 17c formed inside the overclad layer 17d corresponding to the third optical waveguide 53 is arranged in the third recess 47.
  • the distance between the center of the third incident port 53a of the third optical waveguide 53 and the fifth mounting surface 44 is H13 ( ⁇ m), and the center of the third incident port 53a of the third optical waveguide 53 and the sixth mounting surface 45.
  • the distance is H23 ( ⁇ m).
  • FIG. 12 is a diagram for explaining the positional relationship between the second light emitting element 15 and the optical element 17.
  • the light emitting point 15a of the second light emitting element 15 and the second incident port 52a of the optical element 17 are provided.
  • the green light C emitted from the light emitting point 15a of the second light emitting element 15 is efficiently incident on the second incident port 52a of the optical element 17 at the same horizontal position.
  • the horizontal positions of the ports 51a coincide with each other, and the red light emitted from the light emitting point 14a of the first light emitting element 14 efficiently enters the first incident port 51a of the optical element 17.
  • the positions match, and the blue light emitted from the light emitting point 16a of the third light emitting element 16 efficiently enters the third incident port 53a of the optical element 17.
  • the heights of the first sub-board 11 to the third sub-board 31 from the lowermost surface of the first base 21 to the third base 41 to the second mounting surface 25 to the sixth mounting surface 45 are matched. Is preferable.
  • the second mounting surface 25 to the sixth mounting surface 45 horizontally coincide with each other and become flat, so that the base material 17a of the optical element 17 is formed. Is easy to arrange on the second mounting surface 25 to the sixth mounting surface 45.
  • the overclad layer 17d and the second base 31 can be used. Can be prevented from contacting.
  • the overclad layer 17d and the first base 21 do not come into contact with each other. Is possible.
  • the overclad layer 17d and the third base 41 do not come into contact with each other. It becomes possible to.
  • HL2 5.0 ⁇ m
  • the bonding layer 33a is an ultraviolet curable adhesive instead of a gold bump
  • the thickness is about 10 ⁇ m
  • H22 9.6 ⁇ m
  • the third mounting surface 34 is higher than the fourth mounting surface 35
  • the second step 36 is formed so that the third mounting surface 34 is higher than the fourth mounting surface 35, depending on the bonding state of the light emitting element side and the optical element side.
  • This point is about the first step 26 formed at the boundary between the first mounting surface 24 and the second mounting surface 25, and the third step 46 formed at the boundary between the fifth mounting surface 44 and the sixth mounting surface 45. Is the same.
  • the end portion 37a of the second recess 37 on the second light emitting element 15 side is provided on the second light emitting element 15 side with respect to the second step 36. This is to prevent the third mounting surface 34 from becoming an obstacle when the green light emitted from the second light emitting element 15 is incident on the second incident port 52a of the optical element 17. In particular, it is effective when the third mounting surface 34 is higher than the fourth mounting surface 35. This point is the same for the end portion 27a of the first concave portion 27 on the first light emitting element 14 side and the end portion 47a of the third concave portion 47 on the third light emitting element 16 side.
  • the second light emitting element 15 and the optical element 17 can be centered without contacting the second step 36.
  • the width of the second light emitting element 37 is smaller than the width of the second light emitting element 15
  • the optical element 17 is fixed and the second light emitting element 15 is aligned so as to be close to the optical element 17, the second light emitting element is emitted.
  • the element 15 may come into contact with the step 36.
  • the optical element 17 can be centered without contacting the step 36.
  • FIG. 13 is a diagram showing a manufacturing method of the second base 31, FIG. 13 (a) shows the first step, FIG. 13 (b) shows the second step, and FIG. 13 (c) shows the third step. 13 (d) shows the fourth step.
  • the base material 60 is prepared.
  • the base material 60 has a base 61, an etch stopper layer 62, and an upper layer 63.
  • the base 61 is a silicon substrate
  • the etch stopper layer 62 is a silicon oxide layer formed on the surface of the base 61
  • the upper layer 63 is a silicon layer formed on the surface of the etch stopper layer 62.
  • An SOI substrate can be used as the base material 60 formed on the base 61 with the etch stopper layer 62.
  • the silicon oxide layer has low heat dissipation, so the etch stopper layer 62 should be thin as long as its function is maintained.
  • the thermal conductivity of the silicon oxide layer is 1.5 W / mK
  • the thermal resistance is 75 K / W at the size of the first sub-board 11 in the present embodiment.
  • the sub-board 11 is a silicon substrate and has an extremely large thermal resistance as compared with the thermal resistance of 20.8 K / W when there is no silicon oxide layer, which adversely affects heat dissipation.
  • the power of the single mode laser is 1.2 W and the maximum junction temperature is 150 ° C.
  • the thickness is preferably less than 1 ⁇ m.
  • the thinner the silicon oxide layer the smaller the thermal resistance, but it does not function as an etch stopper layer. Therefore, the thickness of the silicon oxide layer used as the etch stopper layer 62 is preferably 0.01 ⁇ m or more.
  • the mask layer does not cover the surface on which the third mounting surface 34 is planned to be formed, but covers the surface on which the fourth mounting surface 35 is planned to be formed. 64 is placed.
  • an etching process is performed so as to remove the portion of the upper layer 63 on which the mask layer 64 is not arranged, and the surface 66 of the etching stopper layer 62 is exposed.
  • known etching techniques including wet etching and dry etching can be used.
  • the mask layer 64 is removed to complete the second base 31.
  • the surface 66 of the etching stopper layer 62 corresponds to the third mounting surface 34
  • the surface of the upper layer 63 from which the mask layer 64 is removed corresponds to the fourth mounting surface 35.
  • the thickness of the upper layer 63 corresponds to the height D2 ( ⁇ m) of the second step 36.
  • the position of the third mounting surface 34, the position of the fourth mounting surface 35, the position of the second step 36, and the height D2 can be formed with higher accuracy by the etching process. can.
  • the second step 36 needs to be formed with very high accuracy and less inclination, and is more suitable for formation by etching treatment than a method by cutting or polishing. If the manufacturing method shown in FIG. 13 is used, the position of the first mounting surface 24, the position of the second mounting surface 25, the position of the first step 26, and the height D1 of the first base 21 are made higher. It can be formed with precision. Similarly, if the manufacturing method shown in FIG. 13 is used, the position of the fifth mounting surface 44, the position of the sixth mounting surface 45, the position of the third step 46, and the height D3 of the third base 41 can be determined. It can be formed with high precision.
  • the SOI substrate which is a semiconductor is used as the base 61, but in the optical device according to the embodiment, the base is not limited to the material as long as it has high thermal conductivity and can form a step with high accuracy.
  • a metal substrate made of aluminum or copper or a sintered ceramic substrate made of aluminum nitride or aluminum oxide may be used.
  • the heat dissipation is prioritized over the dimensional accuracy of the step 36, the decrease in thermal conductivity due to the oxide film of the etch stopper layer can be suppressed by using the silicon substrate without the etch stopper layer.
  • the accuracy of the step 36 is worse than that when there is an etch stopper layer, but since the step 36 is pre-aligned by a centering method such as active centering, the desired centering can be achieved. It is easily possible. Further, when forming a step or the like, a method other than etching may be used. That is, the first base 21 to the third base 41 may be manufactured by another method.
  • the first is such that the height of the light emitting point 14a of the first light emitting element 14 and the height of the center of the first incident port 51a of the first optical waveguide 51 of the optical element 17 match.
  • a step 26 is provided. Therefore, by joining the first light emitting element 14 to the first mounting surface 24 and joining the optical element 17 to the second mounting surface 25, the alignment of the first light emitting element 14 and the optical element 17 can be easily performed. Is possible.
  • the second step 36 is provided so that the height of the light emitting point 15a of the second light emitting element 15 and the height of the center of the first incident port 52a of the second optical waveguide 52 of the optical element 17 match. .. Therefore, by joining the second light emitting element 15 to the third mounting surface 34 and joining the optical element 17 to the fourth mounting surface 35, the alignment of the second light emitting element 15 and the optical element 17 can be easily performed. Is possible.
  • the third step 46 is provided so that the height of the light emitting point 16a of the third light emitting element 16 and the height of the center of the first incident port 53a of the third optical waveguide 53 of the optical element 17 match. .. Therefore, by joining the third light emitting element 16 to the fifth mounting surface 44 and joining the optical element 17 to the sixth mounting surface 45, the alignment of the third light emitting element 16 and the optical element 17 can be easily performed. Is possible.
  • the first step 26 to the third step 46 can be formed with high accuracy, so that the first light emitting element corresponding to high accuracy can be formed without using a separate component such as a spacer. It is possible to position the 14th to 3rd light emitting elements 16 and the optical element 17. As a result, the first light emitting element 14 to the third light emitting element 16 and the optical element 17 can be aligned without causing deterioration of the radiation characteristics due to the optical coupling loss.
  • the height may be deviated between the first light emitting element 14 to the third light emitting element 16 and the optical element 17 due to manufacturing variation.
  • the manufacturing variations include the height variation of the light emitting points of the first light emitting element 14 to the third light emitting element 16, the first light emitting element 14 to the third light emitting element 16, and the first light emitting element pattern 22 to the third light emitting element pattern 42.
  • the thickness variation of the bonding layer for bonding the optical element 17 the thickness variation of the bonding layer for bonding the optical element 17 and the first sub-board 11 to the third sub-board 13, and the thickness variation of the bonding layer formed inside the overclad layer 17d of the optical element 17.
  • the height of the core 17c may vary.
  • microbumps whose thickness can be finely adjusted in the bonding layer for bonding the 11th to the third sub-boards 13.
  • the thickness of the microbumps is finely adjusted by using an active alignment method, a passive alignment method, or the like. Even when fine adjustment is performed by the active alignment method or the passive alignment method and the alignment is performed with higher accuracy, the alignment range is limited because the alignment is already performed with high accuracy, so that the manufacturing cost is high. Can be reduced.
  • FIG. 14 is a diagram showing a manufacturing method of the optical device 1.
  • step S10 the first substrate 2 and the second substrate 3 are joined with a material having a higher melting point and higher heat dissipation than solder such as a gold-tin alloy.
  • the melting point of the solder is 220 ° C for lead-free solder, but it is 280 ° C for the gold-tin alloy. A good bonding state can be maintained without affecting.
  • step S20 the melting point of the first photodiode 5 to the third photodiode 7, the first Zener diode 8 to the third Zener diode 10, and the thermistor 20 on the second substrate 3 is lower than that of solder such as a gold-tin alloy. Join with expensive materials. As a result, even when the completed optical device 1 is solder-mounted on another device or the like, it affects the bonding formation of various components (photodiode, Zener diode, and thermistor) bonded to the second substrate 3. It is possible to maintain a good bonding state without soldering.
  • step S30 the first sub-board 11 to the third sub-board 13 and the first light emitting element 14 to the third light emitting element 16 are joined with a material having a melting point higher than that of solder such as a gold-tin alloy and having high heat dissipation. do.
  • solder such as a gold-tin alloy and having high heat dissipation.
  • step S40 the first sub-board 11 to the third sub-board 13 and the optical element 17 are joined with a material having a melting point higher than that of solder, such as a gold-tin alloy, and centered together.
  • the optical element 17 may be bonded to the first sub-board 11 to the third sub-board 13 by a joining member such as an ultraviolet curable adhesive that does not remelt during solder reflow.
  • the alignment method may be either an active alignment method or a passive alignment method. In the optical device 1, the alignment can be performed while holding the first sub-board 11 to the third sub-board 13 and the optical element 17 without touching the first light emitting element 14 to the third light emitting element 16. Therefore, at the time of centering, there is a low possibility that the first light emitting element 14 to the third light emitting element 16 will be damaged by an external force or the like.
  • step S50 the gantry 18 to which the lens 19 is bonded and the optical element 17 are joined by a joining member such as an external line curable adhesive that does not remelt during solder reflow, and the lens 19 is aligned together.
  • a joining member such as an external line curable adhesive that does not remelt during solder reflow
  • step S60 the first substrate 1 and the second substrate 3 bonded in step 10 are bonded to the first sub-board 11 to the third sub-board 13 and the gantry 18 to which the optical element 17 is bonded. ..
  • step S60 it is necessary to bond the light emitting portion and the second substrate 3 while maintaining the bonding between the light emitting portion (optical element 17 and the first sub-board 11 to the third sub-board 13 and the gantry 18). It is necessary to join with a material that has a lower process temperature and higher heat dissipation than the gold-tin alloy. Furthermore, it is important not to remelt when solder mounting the optical device thereafter. Therefore, in step S60, sintered silver was used.
  • Sintered silver can be sintered at a temperature of 200 ° C. or lower by reducing silver particles to a nanometer size and binding them to a resin. Further, in sintered silver, after sintering, each silver particle is fixed to form a silver composition, so that the remelting temperature is higher than that of solder or gold-tin alloy. This makes it possible to form a bond between the second substrate 3 and the first sub-boards 11 to the third sub-boards 13 and the gantry 18 during this process or when the completed optical device 1 is solder-mounted on another device or the like. A good bonding state can be maintained without affecting. The same effect can be obtained even when sintered copper or the like using copper as a base is used as the bonding material instead of sintered silver.
  • step S70 the first substrate 2 and the housing 4 to which the light transmitting sheet 4b is adhered are joined with a material having a melting point higher than that of solder such as a gold-tin alloy, and airtightly sealed to complete the optical device 1. do. As a result, the airtightness can be maintained even when the completed optical device 1 is solder-mounted to another device or the like.
  • FIG. 15 is a diagram for explaining the thermal conductivity of the optical device 1.
  • FIG. 15 is a cross-sectional view including a second sub-board 12 when the optical device 1 is manufactured by the manufacturing method described with reference to FIG.
  • the second light emitting element 15 is bonded to the second light emitting element pattern of the second sub-board 12 via the bonding layer 32a, and the bonding layer 32a is formed of a gold-tin alloy having high thermal conductivity and has a rectangular planar shape.
  • the second sub-board 12 has a second light emitting element pattern 32 on the upper surface and an electrode pattern 38 on the lower surface.
  • the electrode pattern 38 is made of gold and has a rectangular planar shape.
  • the electrode pattern 38 of the second sub-board 12 is joined to the second board 3 via the joining member 3b.
  • the joining member 3b is made of sintered silver that can be manufactured at a temperature at which a gold-tin alloy having high thermal conductivity does not remelt, and has a rectangular planar shape.
  • the second light emitting element 15 and the second sub-board 12 are connected at a stable distance, and the heat generated from the second light emitting element 15 is transferred. Stable transmission to the second sub-board 12. Further, this makes it possible to reduce the possibility that the heat dissipation property varies from optical device to optical device.
  • Arrow E in FIG. 15 indicates a heat dissipation path from the second light emitting element 15 to the second substrate 3.
  • the heat generated from the second light emitting element 15 is transferred to the second sub-board 12 via the bonding layer 32a which is a gold-tin alloy having high thermal conductivity. Since the second sub-board 12 is formed of a silicon substrate having high thermal conductivity, heat is transferred from the second light emitting element pattern 32 to the electrode pattern 38 via the second base 31 while minimizing the obstruction of heat flow. ..
  • the transferred heat is transferred to the second substrate 3 via the bonding member 3b, which is sintered silver having high thermal conductivity.
  • the heat generated by the second light emitting element 15 can be efficiently transferred to the second substrate 3 while minimizing the heat loss, and the heat generated by the second light emitting element 15 can be efficiently transferred. Can dissipate heat to the maximum. As a result, the driving power of the second light emitting element 15 can be increased, so that brighter light emission can be obtained from the second light emitting element 15.
  • the manufacturing method shown in FIG. 14 since the melting point of the bonding material with each member is not remelted at the melting point of solder, the position is displaced even if the completed optical device 1 is solder-mounted on another device or the like. None. Therefore, even if the optical device 1 is used for a long time, the optical characteristics of the optical device 1 are not affected, and a good optical output can be obtained from the optical device 1.
  • the first sub-board 11 on which the first light-emitting element 14 is mounted, the second sub-board 12 on which the second light-emitting element 15 is mounted, and the third light-emitting element 16 are mounted.
  • the sub-board 13 is configured separately. Therefore, even if the position of the light emitting point is different due to the difference in the type of the light emitting element, it is possible to form a step of each sub-board according to the position of each light emitting point.
  • the optical device 1 can be easily manufactured by dividing the sub-board for each light emitting element.
  • the above-mentioned optical device 1 has three types of first light emitting elements 14 to third light emitting elements 16 that emit red light, green light, and blue light, respectively, but the optical device according to the embodiment is a single type. It may have only a light emitting element. Further, the optical device according to the embodiment may have two or four or more light emitting elements of a single type or a plurality of types.
  • the first light emitting element 14 to the third light emitting element 16 are mounted on the first sub-board 11 to the third sub-board 13, respectively.
  • the second light emitting element 15 and the third light emitting element 16 can be used. It may be mounted on one sub-board.
  • the height of the mounting surface on which the first light emitting element 14 to the third light emitting element 16 are mounted from the bottom surface of the sub-board is higher than the bottom surface of the sub-board on which the optical element 17 is mounted. Lower than the height from.
  • the height of the mounting surface on which a plurality of light emitting elements are mounted from the bottom surface of the sub-board is higher than the height from the bottom surface of the sub-board on which the optical elements are mounted. It may be expensive.
  • the first light emitting element 14 to the third light emitting element 16 and the optical element 17 are surface-activated and coupled to finely adjustable microbumps.
  • the first light emitting element 14 to the third light emitting element 16 and the optical element 17 are joined by a joining member having a melting point higher than that of solder, for example, a gold-tin alloy, regardless of the surface activation bond. It may have been done.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Optical Couplings Of Light Guides (AREA)

Abstract

製造コストの上昇及び放射特性の低下を招くことなく高精度に調芯が可能な光デバイスを提供する。光デバイスは、基板と、第１実装面及び第１実装面に第１段差を介して接続される第２実装面を有し且つ基板に実装された第１サブ基板と、第１実装面に実装され、且つ１の波長を有する第１光を出射する第１発光素子と、第２実装面に実装された光学素子とを有し、第１段差によって位置調整されて、第１発光素子は光学素子に光学的に接続されるように配置される。

Description

光デバイス
　本発明は、光デバイスに関する。
　レーザダイオード等の発光素子から出射された光を、特開２０１３－１９５６０３号公報に記載される光合波器等の光学素子に形成された光導波路に高精度に入射するために、調芯とも称される発光素子と光学素子との間の位置決めをする技術がある。発光素子と光学素子との間を調芯する方法として、アクティブアライメント法及びパッシブアライメント法の２つの方法が知られている。
　アクティブアライメント法は、発光素子から出射された光を光学素子に形成された光導波路の一端に入射し、光学素子に形成された光導波路の他端から出射された光を観察しながら調芯する方法である。一方、パッシブアライメント法は、光学素子が実装される基板上に位置決め用のアライメントマークを形成し、形成されたアライメントマークを基準にして、発光素子から光を出射することなく発光素子と光学素子との間を調芯する方法である。
　パッシブアライメント法による調芯を高精度に実行する種々の技術が知られている。たとえば、特許第５４４９０４１号公報には、マイクロバンプとも称される微小な凸部が表面に形成された接合部を介して光学素子を接合する技術が記載される。特許第５４４９０４１号公報に記載される技術では、マイクロバンプを介して光学素子を接合することで、光学素子の光導波路の位置を高精度に制御できるため、高精度に調芯できる。
　しかしながら、光デバイスの小型化の進展に伴い、パッシブアライメント法によってサブミクロンオーダのより高精度の調芯が実行可能な技術が望まれている。パッシブアライメント法による調芯では、水平方向の調芯の精度は、光学素子を実装する装置の精度に依存するが、垂直方向の調芯の精度は、発光素子と光学素子の光導波路と高さ方向の製造公差に依存する。また発光素子及び光学素子は高さが異なるため、パッシブアライメント法における高さ方向の調芯を高精度に実行することは、容易ではない。
　たとえば、発光素子及び光学素子の何れか一方をスペーサを介して基板に実装することで水平方向の調芯が可能である。しかしながら、サブミクロンオーダのスペーサは製造が容易ではない上にハンドリングが容易ではなく、スペーサによる調芯は、製造コストの上昇を招くおそれがある。さらに、スペーサは、一般的に熱伝導率が低いため、スペーサにより調芯する場合、光デバイスは、放熱特性の低下を招くおそれがある。
　本実施形態に係る光デバイスでは、製造コストの上昇及び放射特性の低下を招くことなく高精度に調芯が可能な光デバイスを提供する。
　本実施形態に係る光デバイスの一態様では、基板と、第１実装面及び第１実装面に第１段差を介して接続される第２実装面を有し、且つ、基板に実装された第１サブ基板と、第１実装面に実装され且つ、第１の波長を有する第１光を出射する第１発光素子と、第２実装面に実装された光学素子と、を有し、第１段差によって位置調整されて、第１発光素子は、光学素子に光学的に接続されるように配置される。
　さらに、本実施形態に係る光デバイスでは、光学素子は第１光導波路を有し、第１発光素子及び前記光学素子は第１光が第１光導波路に入射するように配置される、ことが好ましい。
　さらに、本実施形態に係る光デバイスでは、第１段差は、第１発光素子の発光点と光学素子の第１光導波路の中心との高さが等しくなるように設定される、ことが好ましい。
　さらに、本実施形態に係る光デバイスでは、光学素子は、第１光導波路が下方に形成された基材を更に有し、基材は、第１光導波路を覆うように配置される、ことが好ましい。
　さらに、本実施形態に係る光デバイスでは、第１光導波路は、第１発光素子の出射方向から見たとき、第１凹部及び基材に周囲を囲まれる、ことが好ましい。
　さらに、本実施形態に係る光デバイスでは、第１サブ基板の高さＤ１は、第１光導波路の入射ポートの中心と第１実装面との距離がＨ１１であり、第１光導波路の入射ポートの中心と第２実装面との距離がＨ２１であるとき、
　Ｄ１＝Ｈ１１－Ｈ２１
　で示される、ことが好ましい。
　さらに、本実施形態に係る光デバイスでは、第２実装面は表面に第１凹部を有し、第１光導波路の一部は第１凹部内に配置される、ことが好ましい。
　さらに、本実施形態に係る光デバイスでは、第３実装面及び第３実装面に第２段差を介して接続される第４実装面を有し、且つ、基板に実装された第２サブ基板と、第３実装面に実装され、且つ、第１の波長と異なる第２の波長を有する第２光を出射する第２発光素子と、第５実装面及び第５実装面に第３段差を介して接続される第６実装面を有し、且つ、基板に実装された第３サブ基板と、第５実装面に実装され、且つ、第１の波長及び第２の波長と異なる第３の波長を有する第３光を出射する第３発光素子と、を更に有し、光学素子は第４実装面及び前記第６実装面に実装され、第２段差によって位置調整されて、第２発光素子は光学素子に光学的に接続されるように配置され、第３段差によって位置調整されて、第３発光素子は光学素子に光学的に接続されるように配置される、ことが好ましい。
　さらに、本実施形態に係る光デバイスでは、光学素子は第２光導波路及び第３光導波路を更に有し、第２発光素子は第２光が第２光導波路に入射するように配置され、第３発光素子は第３光が第３光導波路に入射するように配置される、ことが好ましい。
　さらに、本実施形態に係る光デバイスでは、第２段差は、第２発光素子の発光点と光学素子の第２光導波路の中心との高さが等しくなるように設定され、第３段差は、第３発光素子の発光点と光学素子の第３光導波路の中心との高さが等しくなるように設定される、ことが好ましい。
　さらに、本実施形態に係る光デバイスでは、第１サブ基板は、基台と、基台の表面に配置されたエッチストッパ層と、エッチストッパ層の表面に配置された上部層とを有し、エッチストッパ層の表面は第１実装面を形成し、上部層の表面は第２実装面を形成する、ことが好ましい。
　さらに、本実施形態に係る光デバイスでは、第１サブ基板は半導体で、エッチストッパ層は１μｍ未満、且つ、０．０１μｍ以上に設定される、ことが好ましい。
　本実施形態に係る光デバイスでは、製造コストの上昇及び放熱特性の低下を招くことなく高精度に発光素子と光学素子を調芯することができる。
第１実施形態に係る光デバイス１の斜視図である。 光デバイス１の筐体を除いた斜視図である。 光デバイス１の分解斜視図である。 光デバイス１の底面図である。 光デバイス１の筐体を除いた背面図であり、 （ａ）は第１サブ基板１１の斜視図であり、（ｂ）は（ａ）において一点鎖線Ａで示される部分の拡大斜視図である。 （ａ）は第２サブ基板２１の斜視図であり、（ｂ）は（ａ）において一点鎖線Ｂで示される部分の拡大斜視図である。 （ａ）は第３サブ基板２１の斜視図であり、（ｂ）は（ａ）において一点鎖線Ｃで示される部分の拡大斜視図である。 光学素子１７の光導波路を説明するための図である。 第２発光素子１５の接合状態を説明するための図である。 光学素子１７の接合状態を説明するための図である。 第２発光素子１５と光学素子１７との位置関係を説明するための図である。 第２基台３１の製造方法示す図であり、（ａ）は第１工程を示し、（ｂ）は第２工程を示し、（ｃ）は第３工程を示し、（ｄ）は第４工程を示す。 光デバイス１の製造方法を示す図である。 光デバイス１の熱伝導性について説明するための図である。
　以下、本開示の一側面に係る光デバイスについて図を参照しつつ説明する。但し、本開示の技術的範囲はそれらの実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された発明とその均等物に及ぶ点に留意されたい。
　図１は第１実施形態に係る光デバイス１の斜視図であり、図２は図１に示す光デバイス１の筐体を除いた斜視図であり、図３は図１に示す光デバイス１の分解斜視図であり、図４は図１に示す光デバイス１の底面図である。図５は図１に示す光デバイス１の筐体を除いた背面図である。
　光デバイス１は、第１基板２と、第２基板３と、筐体４と、第１フォトダイオード５と、第２フォトダイオード６と、第３フォトダイオード７と、第１ツェナーダイオード８と、第２ツェナーダイオード９と、第３ツェナーダイオード１０とを有する。また、光デバイス１は、第１サブ基板１１と、第２サブ基板１２と、第３サブ基板１３と、第１発光素子１４と、第２発光素子１５と、第３発光素子１６と、光学素子１７と、架台１８と、レンズ１９と、サーミスタ２０とを更に有する。光デバイス１は、外部から所定の電圧が印加されることに応じて、白色光を出射する。
　第１基板２及び第２基板３は、たとえば窒化アルミ等の剛性及び放熱性が高い材料で形成される。第１基板２は、矩形の平面形状を有し、光デバイス１の底面を形成する。第１基板２の表面には第２基板３が配置され、第１基板２の裏面には光デバイス１を制御する制御装置と光デバイス１との間を電気的な接続するための複数の電極対が配置される。第１基板２の裏面に配置される電極対は、第１フォトダイオード５と、第２フォトダイオード６と、第３フォトダイオード７のアノード及びカソードに接続される電極対２ｒ１、２ｇ１及び２ｂ１を含む。また、第１基板２の裏面に配置される電極対は、第１発光素子１４、第２発光素子１５及び第３発光素子１６の表面電極及び裏面電極に接続される電極対２ｒ２、２ｇ２及び２ｂ２を含む。さらに、第１基板２の裏面に配置される電極対は、サーミスタ２０の両端に接続された電極対２ｓを含む。
　第１基板２の外縁には、第１基板２と筐体４とを接合するための接合部材２ａが配置される。接合部材２ａは、金錫合金等の半田よりも融点が高く放熱性が高い接合部材である。なお、第１基板２及び第２基板３は、別体の基板であるが、実施形態に係る光デバイスでは、第１基板２及び第２基板３は、一体の基板であってもよい。
　第２基板３の表面には、第１フォトダイオード５～第３フォトダイオード７、第１ツェナーダイオード８～第３ツェナーダイオード１０、第１サブ基板１１～第３サブ基板１３、架台１８、及び、サーミスタ２０が実装される。第２基板３の表面において、第１フォトダイオード５～第３フォトダイオード７、第１ツェナーダイオード８～第３ツェナーダイオード１０、第１サブ基板１１～第３サブ基板１３、架台１８、及び、サーミスタ２０が実装される領域以外の領域は、絶縁層であるソルダーレジスト３ａで覆われている。第２基板３の裏面は、第１基板２の表面に形成された接合パターンと接合される接合パターンが形成される。第１基板２の表面及び第２基板３の裏面に形成される接合パターンは、金錫合金等の半田よりも融点が高い接合部材によって形成される。
　筐体４は、アルミナ等の剛性且つ放熱特性が高い材料で形成された収容部材であり、底面が第１基板２の外縁に配置された接合部材によって接合されることで、第１基板２と共に、気密性が高く、水分及び有機物等の不純物が侵入し難い収容空間を形成する。筐体４及び第１基板２によって形成される気密封止された収容空間には、第１フォトダイオード５～第３フォトダイオード７、第１ツェナーダイオード８～第３ツェナーダイオード１０、第１サブ基板１１～第３サブ基板１３、架台１８、及び、サーミスタ２０が収容される。
　筐体４の長手方向の一方の側板部には、白色光が出射される円形状の出射孔４ａが形成される。出射孔４ａを覆うように筐体４の長手方向の一方の側板部には、ガラス等の光透過材料で形成され、収容空間を封止する光透過シート４ｂが配置される。光透過シート４ｂには光出力の改善や迷光の低減のため、不要な光を遮光するマスク印刷や反射防止膜が形成されてもよい。
　第１フォトダイオード５～第３フォトダイオード７は、シリコン及びゲルマニウム等により形成されたフォトダイオードである。第１フォトダイオード５～第３フォトダイオード７は、第２基板３の長手方向の端部に配列される。第１フォトダイオード５～第３フォトダイオード７は、金錫合金等の半田よりも融点が高い接合部材によって第２基板３の表面に形成される接合パターンに接合される。
　第１フォトダイオード５～第３フォトダイオード７は、第１発光素子１４～第３発光素子１６に対向して配置され、それぞれ第１発光素子１４～第３発光素子１６から出射される光を検出して、検出した光量（第１光量～第３光量）に応じた電流を出力する。第１フォトダイオード５～第３フォトダイオード７のアノード及びカソードは、それぞれ、第１基板２及び第２基板３を介して第１基板２の裏面に形成される一対の電極対２ｒ１、２ｇ１、２ｂ１（図４参照）に接続されている。すなわち、第１フォトダイオード５～第３フォトダイオード７から出力された電流は、第１基板２の裏面に形成される一対の電極対２ｒ１、２ｇ１、２ｂ１（図４参照）を介して、制御装置（不図示）に出力される。
　第１ツェナーダイオード８～第３ツェナーダイオード１０は、それぞれ、第１発光素子１４～第３発光素子１６に対して並列に接続されている。第１ツェナーダイオード８～第３ツェナーダイオード１０は、第１発光素子１４～第３発光素子１６に過電圧が印加されるおそれがあるときに降伏電流を流して、第１発光素子１４～第３発光素子１６に過電圧が印加されることを防止する過電圧防止素子である。第１ツェナーダイオード８は、第１フォトダイオード５と第１サブ基板１１との間に配置される。第２ツェナーダイオード９は、第２フォトダイオード６と第２サブ基板１２との間に配置される。第３ツェナーダイオード１０は、第３フォトダイオード７と第３サブ基板１３との間に配置される。第１ツェナーダイオード８～第３ツェナーダイオード１０は、金錫合金等の半田よりも融点が高い接合部材によって第２基板３の表面に形成される接合パターンに接合される。
　第１発光素子１４は、ガリウムひ素基板に形成されたレーザダイオードであり、第１基板２の裏面に配置される電極対２ｒ２を介しての表面電極と裏面電極との間に順方向電圧が印加されることに応じて、赤色光を出射する。第１発光素子１４から出射される赤色光は、第１の波長を有する第１光の一例である。第１発光素子１４から出射される赤色光の波長は、６２０ｎｍと７５０ｎｍとの間の範囲内であり、一例では６４０ｎｍである。
　第２発光素子１５は、窒化ガリウム基板に形成されたレーザダイオードであり、第１基板２の裏面に配置される電極対を介して表面電極と裏面電極との間に順方向電圧が印加されることに応じて、緑色光を出射する。第２発光素子１５から出射される緑色光は、第１の波長と異なる第２の波長を有する第２光の一例である。第２発光素子１５から出射される緑色光の波長は、４９０ｎｍと５７０ｎｍとの間の範囲内であり、一例では５２０ｎｍである。
　第３発光素子１６は、窒化ガリウム基板に形成されたレーザダイオードであり、第１基板２の裏面に配置される電極対を介して表面電極と裏面電極との間に順方向電圧が印加されることに応じて、青色光を出射する。第３発光素子１６から出射される青色光は、第１の波長及び第２の波長と異なる第３の波長を有する第３光の一例である。第３発光素子１６から出射される青色光の波長は、４５０ｎｍと４９５ｎｍとの間の範囲内であり、一例では４５５ｎｍである。
　光学素子１７は、シリコン基板に形成された光合波器であり、たとえば特開２０１３－１９５６０３号公報に記載される光合波器である。光学素子１７は、シリコンにより形成される基材１７ａ、基材１７ａの表面に形成されたアンダークラッド層１７ｂ、アンダークラッド層１７ｂの表面に形成され且つ光が導光する光導波路であるコア１７ｃ、及び、アンダークラッド層１７ｂの表面に形成され且つコア１７ｃを覆うように形成されるオーバークラッド層１７ｄを含む。コア１７ｃ及びオーバークラッド層１７ｄは、基材１７ａ及びアンダークラッド層１７ｂから突出する凸部を形成する。光学素子１７は、第１発光素子１４～第３発光素子１６のそれぞれから出射される赤色光、緑色光及び青色光を合波して白色光を出射する。
　架台１８は、アルミナにより形成され、光学素子１７の他端を支持すると共に、レンズ１９を保持する。架台１８の上面は、紫外線硬化型接着剤等の半田リフロー時に再溶融しない接合部材で光学素子１７に接合される。架台１８の底面は、金錫合金等の半田よりも融点が高い接合部材によって第２基板３の表面に形成される接合パターンに接合される。
　レンズ１９は、ガラス等の光透過性部材により形成された凸レンズであり、架台１８に形成される貫通孔の内部に配置されることで架台１８に保持される。レンズ１９は、光学素子１７側の端面が光学素子１７側の貫通孔の開口部よりも内側に位置するように配置される。貫通孔の開口部とレンズ１９の端面との間の空間は、光学素子１７の出射ポート５２ｂから出射される出射光の迷光を低減する絞りとして機能する。レンズ１９は、光学素子１７の出射ポート５２ｂから発散しながら入射される出射光をコリメートして平行光である出力光を生成し、生成した出力光を出射孔４ａ及び光透過シート４ｂを介して光デバイス１の外部に出射する。
　サーミスタ２０は、第１サブ基板１１、第２サブ基板１２及び第３サブ基板１３と架台１８とに支持された光学素子１７に覆われるように、第２基板３に実装される温度検出センサである。サーミスタ２０は、光学素子１７の下方に配置される。サーミスタ２０は、第１基板２及び筐体４により形成される収容空間の温度変化に応じて抵抗値を変化させる。サーミスタ２０の両端は、第１基板２及び第２基板３を介して第１基板２の裏面に形成される一対の電極対２ｓに接続される。サーミスタ２０は、収容空間の温度を示す抵抗値に対応する電圧値又は電流値を、第１基板２の裏面に形成される一対の電極対２ｓを介して制御装置に出力する。
　図６（ａ）は第１サブ基板１１の斜視図であり、図６（ｂ）は図６（ａ）において一点鎖線Ａで示される部分の拡大斜視図である。
　第１サブ基板１１は、第１基台２１、第１発光素子パターン２２、及び、第１光学素子パターン２３を有し、第２基板３に実装される。第１基台２１は、シリコン等の熱伝導率が高く放熱性の高い材料で形成された略直方体状の部材であり、表面に第１実装面２４及び第２実装面２５が第１段差２６を介して形成される。第１サブ基板１１は、焼結銀等の半田よりも融点が高く放熱性の高い接合部材によって第２基板３の表面に接合される。
　第１発光素子パターン２２は、金を主成分とする薄膜で形成されており第１実装面２４に配置される。第１発光素子パターン２２の表面には、図示してはいないが、接合層２２ａとして金を主成分とする複数のマイクロバンプが形成される。図６（ａ）において点線で示した箇所において、所定の処理が施された第１発光素子１４の裏面電極が、第１発光素子パターン２２上の接合層２２ａと表面活性化結合することによって、第１発光素子１４は第１サブ基板１１に実装される。なお、第１発光素子１４は、金錫合金等の放熱性が高く半田リフローの際に再溶融しない接合部材によって、第１サブ基板１１に実装されてもよい。第１発光素子１４の表面電極は不図示のボンディングワイヤを介して一対の電極対２ｒ２の一方に接続され、第１発光素子１４の裏面電極は第１発光素子パターン２２を介して一対の電極対２ｒ２の他方に接続される。
　第１光学素子パターン２３は、金を主成分とする薄膜で形成されており第２実装面２５に配置される。第１光学素子パターン２３の表面には、図示してはいないが、接合層２３ａとして金を主成分とする複数のマイクロバンプが形成される。所定の処理が施された光学素子１７の裏面電極が、第１光学素子パターン２３上の接合層２３ａと表面活性化結合することによって、光学素子１７は第１サブ基板１１に実装される。なお、光学素子１７は、紫外線硬化型接着剤等の半田リフローの際に再溶融しない接合部材によって、第１サブ基板１１に実装されてもよい。
　第２実装面２５には、第１光学素子パターン２３の中央部に、第１凹部２７が形成されている。第１凹部２７の内部には第１光学素子パターン２３及び接合層２３ａは配置されていない。第１凹部２７の内部には、後述するように、光学素子１７のオーバークラッド層１７ｄの一部が配置される。
　図７（ａ）は第２サブ基板１２の斜視図であり、図７（ｂ）は図７（ａ）において一点鎖線Ｂで示される部分の拡大斜視図である。
　第２サブ基板１２は、第２基台３１、第２発光素子パターン３２、及び、第２光学素子パターン３３を有し、第２基板３に実装される。第２基台３１は、シリコン等の放熱性の高い材料で形成された略直方体状の部材であり、表面に第３実装面３４及び第４実装面３５が第２段差３６を介して形成される。第２基台３１の幅は、第１基台２１の幅と略同一である。第２基台３１の高さは、第１基台２１のよりも高く、第２基台３１の長さは、第１基台２１のよりも短い。第２サブ基板１２は、焼結銀等の半田よりも融点が高く放熱性の高い接合部材によって第２基板３の表面に接合される。
　第２発光素子パターン３２は、金を主成分とする薄膜で形成されており第３実装面３４に配置される。第２発光素子パターン３２の表面には、図示してはいないが、接合層３２ａとして金を主成分とする複数のマイクロバンプが形成される。図７（ａ）において点線で示した箇所において、所定の処理がなされた第２発光素子１５の裏面電極が、第２発光素子パターン３２上の接合層３２ａと表面活性化結合することによって、第２発光素子１５は第２サブ基板１２に実装される。なお、第２発光素子１５は、金錫合金等の放熱性が高く半田リフローの際に再溶融しない接合部材によって、第２サブ基板１２に実装されてもよい。第２発光素子１５の表面電極は不図示のボンディングワイヤを介して一対の電極対２ｇ２の一方に接続され、第２発光素子１５の裏面電極は第２発光素子パターン３２を介して一対の電極対２ｇ２の他方に接続される。
　第２光学素子パターン３３は、金を主成分とする薄膜で形成されており第４実装面３５に配置される。第２光学素子パターン３３の表面には、図示してはいないが、接合層３３ａとして金を主成分とする複数のマイクロバンプが形成される。所定の処理が施された光学素子１７の裏面電極が、第２光学素子パターン３３上の接合層３３ａと表面活性化結合することによって、光学素子１７は第２サブ基板１２に実装される。なお、光学素子１７は、紫外線硬化型接着剤等の半田リフローの際に再溶融しない接合部材によって、第２サブ基板１２に実装されてもよい。
　第２実装面３５には、第２光学素子パターン３３の中央部に、第２凹部３７が形成されている。第２凹部３７の内部には第２光学素子パターン３３及び接合層３３ａは配置されていない。第２凹部３７の内部には、後述するように、光学素子１７のオーバークラッド層１７ｄの一部が配置される。
　図８（ａ）は第３サブ基板１３の斜視図であり、図８（ｂ）は図８（ａ）において一点鎖線Ｃで示される部分の拡大斜視図である。
　第３サブ基板１３は、第３基台４１、第３発光素子パターン４２、及び、第３光学素子パターン４３を有し、第２基板３に実装される。第３基台４１は、シリコン等の放熱性の高い材料で形成された略直方体状の部材であり、表面に第５実装面４４及び第６実装面４５が第３段差４６を介して形成される。第３基台４１は、第２基台３１と同一形状を有する。すなわち、第３基台４１の長さ、幅及び高さは、第２基台３１の長さ、幅及び高さと略同一である。第３サブ基板１３は、焼結銀等の半田よりも融点が高く放熱性の高い接合部材によって第２基板３の表面に接合される。
　第３発光素子パターン４２は、金を主成分とする薄膜で形成されており第５実装面４４に配置される。第３発光素子パターン４２の表面には、図示してはいないが、接合層４２ａとして金を主成分とする複数のマイクロバンプが形成される。図８（ａ）において点線で示した箇所において、所定の処理が施された第３発光素子１６の裏面電極が、第３発光素子パターン４２上の接合層４２ａと表面活性化結合することによって、第３発光素子１６は第３サブ基板１３に実装される。なお、第３発光素子１６は、金錫合金等の放熱性が高く半田リフローの際に再溶融しない接合部材によって、第３サブ基板１３に実装されてもよい。第３発光素子１６の表面電極は不図示のボンディングワイヤを介して一対の電極対２ｒ２の一方に接続され、第３発光素子１６の裏面電極は第３発光素子パターン４２を介して一対の電極対２ｒ２の他方に接続される。
　第３光学素子パターン４３は、金を主成分とする薄膜で形成されており第６実装面４５に配置される。第３光学素子パターン４３の表面には、図示してはいないが、接合層４３ａとして金を主成分とする複数のマイクロバンプが形成される。所定の処理が施された光学素子１７の裏面電極が、第３光学素子パターン４３上の接合層４３ａと表面活性化結合することのよって、光学素子１７は第３サブ基板１３に実装される。また、光学素子１７は、紫外線硬化型接着剤等の半田リフローの際に再溶融しない接合部材によって、第３サブ基板１３に実装されてもよい。
　第２実装面４５には、第３光学素子パターン４３の中央部に、第３凹部４７が形成されている。第３凹部４７の内部には第３光学素子パターン４３及び接合層４３ａは配置されていない。第３凹部４７の内部には、後述するように、光学素子１７のオーバークラッド層１７ｄの一部が配置される。
　図９は、光学素子１７の光導波路を説明するための図である。光学素子１７は、第１光導波路５１と、第２光導波路５２と、第３光導波路５３と、第１カプラ５４と、第２カプラ５５と、第３カプラ５６と、位相制御部５７とを有する。第１光導波路５１、第２光導波路５２、第３光導波路５３、第１カプラ５４、第２カプラ５５、第３カプラ５６及び位相制御部５７は、酸化シリコンで形成されるオーバークラッド層１７ｄの内部に形成されるコア１７ｃである。
　第１光導波路５１、第２光導波路５２及び第３光導波路５３は、基材１７ａの下方であって、オーバークラッド層１７ｄの内部のコア１７ｃによる凸部として形成され、基材１７ａに覆われるように配置される。第１光導波路５１、第２光導波路５２及び第３光導波路５３に対応した凸部の一部は、第１サブ基板１１の第１凹部２７、第２サブ基板１２の第２凹部３７及び第３サブ基板１３の第３凹部４７にそれぞれに挿入されるように配置されている。
　図９における第１光導波路５１、第２光導波路５２及び第３光導波路５３の位置と、第１サブ基板１１、第２サブ基板１２及び第３サブ基板１３との位置関係の概略を点線で示している。なお、図９に示す第１光導波路５１、第２光導波路５２及び第３光導波路５３の曲率や形状は、説明上のものであって、実際の形状とは異なる。このため、図６～図８に示す第１サブ基板１１の第１凹部２７、第２サブ基板１２の第２凹部３７及び第３サブ基板１３の第３凹部４７の形状と、図９に示す第１光導波路５１、第２光導波路５２及び第３光導波路５３と一致していない。
　第１光導波路５１について言えば、オーバークラッド層１７ｄの内部に形成されるコア１７ｃによる凸部の一部は、上端を光学素子１７の基材１７ａ及びアンダークラッド層１７ｂで覆われ、下端及び両側端を第１凹部２７で覆われている。このため、第１発光素子１４から出射され、第１入射ポート５１ａ（第１光導波路５１の端部）から入射した光が第１光導波路５１から漏れ出そうとしても、光学素子１７の基材１７ａ及びアンダークラッド層１７ｂと、第１凹部２７とにより閉じ込めることができ、迷光の恐れが低減する。また、第１発光素子１４の出射光が縦長の楕円形の指向性を有するとき、第１光導波路５１のオーバークラッド層１７ｄの内部に形成されるコア１７ｃによる凸部の一部は、上端を光学素子１７の少なくとも基材１７ａで覆われ、下端を第１基台２１で覆われると、同様の効果が得られ、迷光の恐れが低減する。なお、第２導波路５２及び第３導波路５３においても同様である。
　第１発光素子１４の出射面に対向するように配置された第１入射ポート５１ａから、第１発光素子１４から出射された赤色光が第１光導波路５１に入射する。第２発光素子１５の出射面に対向するように配置された第２入射ポート５２ａから、第２発光素子１５から出射された緑色光が第２光導波路５２に入射する。第３発光素子１６の出射面に対向するように配置された第３入射ポート５３ａから、第３発光素子１６から出射された青色光が第３光導波路５３に入射する。
　第１カプラ５４は、たとえば３ｄＢカプラであり、第２光導波路５２を介して入射する緑色光と第３光導波路５３を介して入射する青色光とを合波して第２カプラ５５に出射すると共に、緑色光及び青色光を位相制御部５７に出射する。第２カプラ５５は、たとえば３ｄＢカプラであり、第１光導波路５１を介して入射する赤色光と第１カプラ５４から入射する緑色光及び青色光の合波光と合波して、第３カプラ５６に出射する。第３カプラ５６は、たとえば３ｄＢカプラであり、第２カプラ５５を介して入射する合波光と位相制御部５７を介して入射する緑色光及び青色光とを合波して白色光を生成し、生成した白色光を出力ポート５２ｂからレンズ１９に出射する。
　図１０は、第２発光素子１５の接合状態を説明するための図である。図１０に示すように、第２発光素子１５は、第２基台３１上に配置された第２発光素子パターン３２上に配置された接合層３２ａ上に接合される。第２発光素子１５の発光点１５ａ（第２発光素子から最大光量の緑色光が出射される箇所）と第２基台３１の第３実装面３４との距離をＨ１２（μｍ）、発光点１５ａと接合層３２ａとの距離をＨＬ２とする。Ｈ１２＝第２発光素子パターン３２の厚さ＋接合層３２ａの厚さ＋ＨＬ２である。
　図示はしていないが、第１発光素子１４は、第１基台２１上に配置された第１発光素子パターン２２上に配置された接合層２２ａ上に接合される。第１発光素子１４の発光点１４ａ（第２発光素子から最大光量の赤色光が出射される箇所）と第１基台２１の第１実装面２４との距離をＨ１１（μｍ）、発光点１４ａと接合層２２ａとの距離をＨＬ１とする。同様に、第３発光素子１６は、第３基台４１上に配置された第３発光素子パターン４２上に配置された接合層４２ａ上に接合される。第３発光素子１６の発光点１６ａ（第３発光素子から最大光量の青色光が出射される箇所）と第３基台４１の第５実装面４４との距離をＨ１３（μｍ）、発光点１６ａと接合層４２ａとの距離をＨＬ３とする。
　図１１は、光学素子１７の接合状態を説明するための図である。図１１に示すように、光学素子１７の第２光導波路５２の近傍におけるアンダークラッド層１７ｂの下面は、第２基台３１上に配置された第２光学素子パターン３３上に配置された接合層３３ａ上に接合される。その際、第２光導波路５２に対応する、オーバークラッド層１７ｄの内部に形成されるコア１７ｃによる凸部の一部は、第２凹部３７内に配置される。第２光導波路５２の第２入射ポート５２ａの中心と第４実装面３５との距離をＨ２２（μｍ）とする。Ｈ２２＝第２光学素子パターン３３の厚さ＋接合層３３ａの厚さ－第２入射ポート５２ａの厚さ／２である。
　図示はしていないが、第１光導波路５１に対応する、オーバークラッド層１７ｄの内部に形成されるコア１７ｃによる凸部の一部は、第１凹部２７内に配置される。第１光導波路５１の第１入射ポート５１ａの中心と第１実装面２４との距離をＨ１１（μｍ）とし、第１光導波路５１の第１入射ポート５１ａの中心と第２実装面２５との距離をＨ２１（μｍ）とする。同様に、第３光導波路５３に対応する、オーバークラッド層１７ｄの内部に形成されるコア１７ｃによる凸部の一部は、第３凹部４７内に配置される。第３光導波路５３の第３入射ポート５３ａの中心と第５実装面４４との距離をＨ１３（μｍ）とし、第３光導波路５３の第３入射ポート５３ａの中心と第６実装面４５との距離をＨ２３（μｍ）とする。
　図１２は、第２発光素子１５と光学素子１７との位置関係を説明するための図である。図１２に示すように、第３実装面３４と第４実装面３５との第２段差３６の高さＤ２（μｍ）は、Ｄ２＝Ｈ１２－Ｈ２２である。逆に言うと、高さＤ２＝Ｈ１２－Ｈ２２となるような第２段差３６を第２基台３１に設ければ、第２発光素子１５の発光点１５ａと光学素子１７の第２入射ポート５２ａの水平位置が一致して、第２発光素子１５の発光点１５ａから出射された緑色光Ｃが効率良く光学素子１７の第２入射ポート５２ａに入射する。
　図示はしていないが、高さＤ１＝Ｈ１１－Ｈ２１となるような第１段差２６を第１基台２１に設ければ、第１発光素子１４の発光点１４ａと光学素子１７の第１入射ポート５１ａの水平位置が一致して、第１発光素子１４の発光点１４ａから出射された赤色光が効率良く光学素子１７の第１入射ポート５１ａに入射する。同様に、高さＤ３＝Ｈ１３－Ｈ２３となるような第３段差４６を第３基台４１に設ければ、第３発光素子１６の発光点１６ａと光学素子１７の第３入射ポート５３ａの水平位置が一致して、第３発光素子１６の発光点１６ａから出射された青色光が効率良く光学素子１７の第３入射ポート５３ａに入射する。このとき、第１サブ基板１１～第３サブ基板３１は、第１基台２１～第３基台４１の最下面から第２実装面２５～第６実装面４５までの高さを一致させることが好ましい。第１サブ基板１１～第３サブ基板３１を第２基板３に実装したとき、第２実装面２５～第６実装面４５が水平に一致し、平坦になるので、光学素子１７の基材１７ａを第２実装面２５～第６実装面４５に配置しやすくなる。
　図１１に示すように、第２凹部３７の深さを十分に取ることによって、光学素子１７のオーバークラッド層１７ｄの高さのばらつきがあっても、オーバークラッド層１７ｄと第２基台３１とが接触しないようにすることが可能となる。第１凹部２７の深さを十分に取ることによって、光学素子１７のオーバークラッド層１７ｄの高さのばらつきがあっても、オーバークラッド層１７ｄと第１基台２１とが接触しないようにすることが可能となる。同様に、第３凹部４７の深さを十分に取ることによって、光学素子１７のオーバークラッド層１７ｄの高さのばらつきがあっても、オーバークラッド層１７ｄと第３基台４１とが接触しないようにすることが可能となる。
　図１２において、一例として、発光素子側では、ＨＬ２＝５．０μｍ、Ｈ１２＝５．０μｍ＋接合層３２ａ（１．５μｍ）＋第２発光素子パターン３２（０．５μｍ）＝７．０μｍである。一方、光学素子１７側では、Ｈ２２＝第２発光素子パターン３３（０．５μｍ）＋接合層３３ａ（１．５μｍ）－第２入射ポート５２ａ（１．８μｍ）／２＝１．１μｍである。したがって、高さＤ２＝Ｈ１２（７．０μｍ）－Ｈ２２（１．１μｍ）＝５．９μｍである。
　たとえば、接合層３３ａが、金バンプではなく紫外線硬化型接着剤の場合、厚さが１０μｍ程度となり、Ｈ２２＝９．６μｍとなり、高さＤ２＝Ｈ１２（７．０μｍ）－Ｈ２２（９．６μｍ）＝－２．６μｍとなる。この場合、第３実装面３４の方が、第４実装面３５より高くなり、その場合の第２段差３６が２．６μｍとなる。すなわち、発光素子側及び光学素子側の接合状態に応じて、第３実装面３４の方が、第４実装面３５より高くなるような第２段差３６が形成される場合が存在する。この点は、第１実装面２４と第２実装面２５の境界に形成される第１段差２６、及び、第５実装面４４と第６実装面４５の境界に形成される第３段差４６についても同様である。
　図１２に示すように、第２凹部３７の第２発光素子１５側の端部３７ａは、第２段差３６よりも、第２発光素子１５側に設けられている。これは、第２発光素子１５から出射した緑色光が光学素子１７の第２入射ポート５２ａに入射する際に第３実装面３４が障害とならないようにするためである。特に、第３実装面３４の方が第４実装面３５より高い場合に効果がある。この点は、第１凹部２７の第１発光素子１４側の端部２７ａ、及び、第３凹部４７の第３発光素子１６側の端部４７ａについても同様である。
　図１２において、第２凹部３７の幅が、第２発光素子１５の幅よりも大きいとき、第２発光素子１５と光学素子１７は、第２段差３６に接触することなく調芯できる。一方、第２凹部３７の幅が、第２発光素子１５の幅よりも小さいとき、光学素子１７を固定して、光学素子１７に第２発光素子１５を近づけるように調芯すると、第２発光素子１５は、段差３６に接触してしまう可能性がある。しかしながら、第２発光素子１５を固定し、光学素子１７を第２発光素子１５に近づけるように調芯すると、光学素子１７は、段差３６に接触することなく調芯できる。
　図１３は第２基台３１の製造方法を示す図であり、図１３（ａ）は第１工程を示し、図１３（ｂ）は第２工程を示し、図１３（ｃ）は第３工程を示し、図１３（ｄ）は第４工程を示す。
　図１３（ａ）に示す第１工程において、基材６０が準備される。基材６０は、基台６１と、エッチストッパ層６２と、上部層６３とを有する。基台６１はシリコン基板であり、エッチストッパ層６２は基台６１の表面に形成されたシリコン酸化層であり、上部層６３は、エッチストッパ層６２の表面に形成されたシリコン層である。なお、基台６１の上にエッチストッパ層６２形成された基材６０として、ＳＯＩ基板を利用することができる。
　上記のように、エッチストッパ層６２としてシリコン酸化層を利用した場合、シリコン酸化層は放熱性が低いので、エッチストッパ層６２はその機能を維持する範囲で薄いほうがよい。たとえば、シリコン酸化層の熱伝導率は１．５Ｗ／ｍＫであるため、シリコン酸化層の厚みが１μｍの場合、本実施形態における第１サブ基板１１のサイズでは熱抵抗が７５Ｋ／Ｗとなり、第１サブ基板１１がシリコン基板でシリコン酸化層がない場合の熱抵抗２０．８Ｋ／Ｗに比較して極端に大きくなり放熱に悪影響を及ぼす。一般的に、シングルモードレーザーの電力は１．２Ｗ、最大ジャンクション温度は１５０℃なので、熱抵抗が７５Ｋ／Ｗの場合、最大周辺環境温度が６０℃となる。したがって、本実施例では厚みは１μｍ未満が好ましい。一方、シリコン酸化層が薄いほど熱抵抗は小さくなるが、エッチストッパ層として機能しなくなるため、エッチストッパ層６２として用いるシリコン酸化層の厚さは０．０１μｍ以上であることが好ましい。
　次に、図１３（ｂ）に示す第２工程において、第３実装面３４が形成される予定の面を覆わず、第４実装面３５が形成される予定の面を覆うように、マスク層６４を配置する。
　次に、図１３（ｃ）に示す第３工程において、マスク層６４が配置されていない上部層６３の部分を除去するようにエッチング処理を施し、エッチングストッパ層６２の表面６６を露出させる。エッチング処理では、ウェットエッチング及びドライエッチングを含む公知のエッチング技術を用いることができる。
　次に、図１３（ｄ）に示す第４工程において、マスク層６４を除去して第２基台３１が完成する。ここで、エッチングストッパ層６２の表面６６が第３実装面３４に相当し、マスク層６４を除去した上部層６３の表面が第４実装面３５に相当する。また、上部層６３の厚さが第２段差３６の高さＤ２（μｍ）に相当する。
　図１３に示す製造方法を用いれば、エッチング処理によって、第３実装面３４の位置、第４実装面３５の位置、第２段差３６の位置及び高さＤ２を、より高精度に形成することができる。特に、第２段差３６は非常に精度よく、かつ傾斜を少なく形成する必要があり、切削や研磨による方法にくらべエッチング処理のよる形成が適している。なお、図１３に示す製造方法を用いれば、第１基台２１についても、第１実装面２４の位置、第２実装面２５の位置、第１段差２６の位置及び高さＤ１を、より高精度に形成することができる。同様に、図１３に示す製造方法を用いれば、第３基台４１についても、第５実装面４４の位置、第６実装面４５の位置、第３段差４６の位置及び高さＤ３を、より高精度に形成することができる。
　上記では、基台６１として半導体であるＳＯＩ基板を用いたが、実施形態に係る光デバイスでは、基台は、熱伝導率が高く、高精度の段差を形成できれば材料を限定するものではない。たとえば、アルミや銅の金属基板や窒化アルミニウムや酸化アルミニウムの焼結したセラミック基板をもちいてもよい。また、段差３６の寸法精度よりも放熱を優先する場合には、エッチストッパ層がないシリコン基板を用いることで、エッチストッパ層の酸化膜による熱伝導率の減少を抑えることができる。その場合には、段差３６の精度はエッチストッパ層がある場合に比較して悪くなるが、アクティブ調芯などの調芯方法により、段差３６によりあらかじめ位置合わせされているため、所望の調芯が容易に可能となる。また、段差等を形成する場合エッチング以外の他の方法を用いてもよい。すなわち、他の方法によって、第１基台２１～第３基台４１を製造してもよい。
　光デバイス１では、上述したように、第１発光素子１４の発光点１４ａの高さと、光学素子１７の第１光導波路５１の第１入射ポート５１ａの中心の高さが一致するように第１段差２６が設けられている。したがって、第１実装面２４に第１発光素子１４を接合し、第２実装面２５に光学素子１７を接合することによって、第１発光素子１４と光学素子１７との調芯を容易に行うことが可能となる。
　同様に、第２発光素子１５の発光点１５ａの高さと、光学素子１７の第２光導波路５２の第１入射ポート５２ａの中心の高さが一致するように第２段差３６が設けられている。したがって、第３実装面３４に第２発光素子１５を接合し、第４実装面３５に光学素子１７を接合することによって、第２発光素子１５と光学素子１７との調芯を容易に行うことが可能となる。
　同様に、第３発光素子１６の発光点１６ａの高さと、光学素子１７の第３光導波路５３の第１入射ポート５３ａの中心の高さが一致するように第３段差４６が設けられている。したがって、第５実装面４４に第３発光素子１６を接合し、第６実装面４５に光学素子１７を接合することによって、第３発光素子１６と光学素子１７との調芯を容易に行うことが可能となる。
　更に、図１３に示す製造方法を利用することにより、高精度に第１段差２６～第３段差４６を形成できるので、スペーサなどの別部品を用いずに、高精度に対応する第１発光素子１４～第３発光素子１６と光学素子１７との位置決めを行うことが可能となる。この結果、光結合ロスによる放射特性の低下を招くことなく、第１発光素子１４～第３発光素子１６と光学素子１７とを調芯することができる。
　なお、上記の通り第１段差２６～第３段差４６を利用した場合でも、製造ばらつきにより第１発光素子１４～第３発光素子１６と光学素子１７との間で高さのずれが生じる場合がある。製造ばらつきとしては、第１発光素子１４～第３発光素子１６の発光点の高さばらつき、第１発光素子１４～第３発光素子１６と第１発光素子パターン２２～第３発光素子パターン４２とを接合する接合層の厚みばらつき、光学素子１７と第１サブ基板１１～第３サブ基板１３とを接合する接合層の厚みばらつき、及び、光学素子１７のオーバークラッド層１７ｄの内部に形成されるコア１７ｃの高さのばらつき等が考えられる。
　これらの製造ばらつきは、第１発光素子１４～第３発光素子１６と第１発光素子パターン２２～第３発光素子パターン４２とを接合する接合層、及び／又は、光学素子１７と第１サブ基板１１～第３サブ基板１３とを接合する接合層に、厚さが微調整可能なマイクロバンプを用いることによって、吸収することが可能である。マイクロバンプの厚さの微調整は、アクティブアライメント法又はパッシブアライメント法等を用いることにより行う。なお、アクティブアライメント法又はパッシブアライメント法による微調整を行って、より高精度に調芯する場合においても、すでに高精度に位置合わせされていることから調芯範囲が限定されているので、製造コストを低減することができる。
　図１４は、光デバイス１の製造方法を示す図である。最初に、ステップＳ１０において、第１基板２と第２基板３とを金錫合金等の半田より融点が高く放熱性の高い材料で接合する。半田の融点は無鉛半田で２２０℃であるが、金錫合金は２８０℃であるので、完成した光デバイス１を他の装置等に半田実装する際にも、基板２と基板３の接合形成に影響することがなく良好な接合状態を維持できる。
　次に、ステップＳ２０において、第２基板３に第１フォトダイオード５～第３フォトダイオード７、第１ツェナーダイオード８～第３ツェナーダイオード１０、及び、サーミスタ２０を金錫合金等の半田より融点が高い材料で接合する。これにより、完成した光デバイス１を他の装置等に半田実装する際にも、第２基板３に接合される各種構成部品（フォトダイオード、ツェナーダイオード、及び、サーミスタ）の接合形成に影響することがなく良好な接合状態を維持できる。
　次に、ステップＳ３０において、第１サブ基板１１～第３サブ基板１３と第１発光素子１４～第３発光素子１６とをそれぞれ金錫合金等の半田より融点が高く放熱性の高い材料で接合する。これにより、完成した光デバイス１を他の装置等に半田実装する際にも、第１サブ基板１１～第３サブ基板１３と第１発光素子１４～第３発光素子１６との接合形成に影響することがなく良好な接合状態を維持できる。
　次に、ステップＳ４０において、第１サブ基板１１～第３サブ基板１３と光学素子１７とを金錫合金等の半田より融点が高い材料で接合し、合わせて調芯する。なお、紫外線硬化型接着剤等の半田リフロー時に再溶融しない接合部材によって、第１サブ基板１１～第３サブ基板１３と光学素子１７とを接合してもよい。調芯方法は、アクティブアライメント法またはパッシブアライメント法どちらの方式でもよい。光デバイス１では、第１発光素子１４～第３発光素子１６に触れることなく、第１サブ基板１１～第３サブ基板１３及び光学素子１７を保持しながら調芯可能である。従って、調芯時には、第１発光素子１４～第３発光素子１６が外力などによって破損する恐れは低い。
　次に、ステップＳ５０において、レンズ１９が接着された架台１８と光学素子１７とを外線硬化型接着剤等の半田リフロー時に再溶融しない接合部材によって接合し、合わせてレンズ１９の調芯を行う。これにより、完成した光デバイス１を他の装置等に半田実装する際にも、架台１８と光学素子１７との接合形成に影響することがなく良好な接合状態を維持できる。
　次に、ステップＳ６０において、ステップ１０において接合された第１基板１及び第２基板３と、光学素子１７が接合された第１サブ基板１１～第３サブ基板１３及び架台１８との接着を行う。ステップＳ６０では、発光部（光学素子１７と第１サブ基板１１～第３サブ基板１３及び架台１８）の接合を維持しながら、発光部と第２基板３との接着を行う必要があるので、金錫合金よりも低い工程温度でかつ放熱性の高い材料で接合する必要がある。さらに、その後の光デバイスを半田実装する際には再溶融しないことが重要である。そこで、ステップＳ６０では、焼結銀を用いた。焼結銀は、銀粒子をナノメートルのサイズまで小粒化し、樹脂とバインドすることで、２００℃以下の温度で焼結することが可能である。また、焼結銀は、焼結後は銀各粒子が固着し銀の組成となるため、再溶融温度が、半田や金錫合金よりも高くなる。これにより、本工程中や、完成した光デバイス１を他の装置等に半田実装する際にも、第２基板３と第１サブ基板１１～第３サブ基板１３及び架台１８との接合形成に影響することがなく良好な接合状態を維持できる。なお、焼結銀の代わりに、接合材に銅をベースとして用いた焼結銅等を用いた場合でも、同様の効果を得ることができる。
　次に、ステップＳ７０において、第１基板２と光透過シート４ｂが接着された筐体４とを金錫合金等の半田より融点が高い材料で接合し、気密封止して光デバイス１を完成する。これにより、完成した光デバイス１を他の装置等に半田実装する際にも、気密性を維持することができる。
　図１５は、光デバイス１の熱伝導性について説明するための図である。図１５は、図１４で説明した製造方法により光デバイス１を製造した場合の第２サブ基板１２を含む断面図である。
　第２発光素子１５は、第２サブ基板１２の第２発光素子パターンと接合層３２ａを介して接合され、接合層３２ａは、熱伝導率が高い金錫合金で形成され、矩形の平面形状を有している。第２サブ基板１２は、上面に第２発光素子パターン３２を有し、下面に電極パターン３８を有している。電極パターン３８は、金で形成され、矩形の平面形状を有している。第２サブ基板１２の電極パターン３８は、第２基板３と接合部材３ｂを介して接合される。接合部材３ｂは、熱伝導率が高い金錫合金が再溶融しない温度で製造可能な焼結銀で形成され、矩形の平面形状を有している。光デバイス１では、接合層３２ａの厚みを可変することなく調芯するから、第２発光素子１５と第２サブ基板１２は、安定した距離で接続され、第２発光素子１５から発生した熱を第２サブ基板１２に安定して伝達する。また、これにより、光デバイスごとに放熱性がばらつく恐れを低くすることができる。
　図１５の矢印Ｅは、第２発光素子１５から第２基板３までの放熱経路を示している。第２発光素子１５から発生した熱は、高熱伝導率の金錫合金である接合層３２ａを介して第２サブ基板１２に伝達する。第２サブ基板１２は高熱伝導率のシリコン基板で形成されているため、熱流の妨げを最小限にして、第２発光素子パターン３２から第２基台３１を介して電極パターン３８に伝熱する。伝熱した熱は、高熱伝導率の焼結銀である接合部材３ｂを介して第２基板３に伝達される。このように、光デバイス１では、第２発光素子１５で発生した熱を、熱損失を最小限に抑えながら効率よく第２基板３まで伝達することができ、第２発光素子１５で発生した熱を最大限に放熱することができる。これにより、第２発光素子１５の駆動電力を上昇することができるため、第２発光素子１５からより明るい発光を得ることができる。
　また、図１４に記載の製造方法によれば、各部材との接合材料の融点は半田の融点では再溶融しないため、完成した光デバイス１を他の装置等に半田実装しても位置がズレることがない。したがって、光デバイス１を長時間使用しても、光デバイス１の光学的な特性に影響することがなく、光デバイス１から良好な光出力を得ることができる。
　上述した光デバイス１では、第１発光素子１４が実装された第１サブ基板１１、第２発光素子１５が実装された第２サブ基板１２、及び、第３発光素子１６が実装された第３サブ基板１３が、それぞれ分かれて構成されている。したがって、発光素子の種類の違いによって発光点の位置が異なっても、それぞれの発光点の位置に合わせてそれぞれのサブ基板の段差を形成することができる。一方、一つのサブ基板に第１発光素子１４～第３発光素子１６を接合しようとすると、発光素子の種類に応じて複数の段差を形成する必要があり、構成が複雑になって製造しにくくなる。光デバイス１では、サブ基板を発光素子毎に分けたことで、容易に製造することが可能となった。
　また、端面発光型の半導体ダイオードは、一般的にチップ状態での検査が難しいことが知られている。光デバイス１では、サブ基板に発光素子を実装後に、サブ基板毎に検査することができるので、発光素子に不具合があっても、不具合のある発光素子が実装されたサブ基板のみを交換すればよい。すなわち、光デバイス１では、サブ基板が分かれていることにより、部品を無駄にすることなく製造することができる。
　上述した光デバイス１では、赤色光、緑色光及び青色光をそれぞれが出射する３種類の第１発光素子１４～第３発光素子１６を有するが、実施形態に係る光デバイスは、単一種類の発光素子のみを有してもよい。また、実施形態に係る光デバイスは、単一種類又は複数種類の２個又は４個以上の発光素子を有してもよい。
　上述した光デバイス１では、第１発光素子１４～第３発光素子１６は、第１サブ基板１１～第３サブ基板１３にそれぞれ実装されている。しかしながら、実施形態に係る光デバイスでは、たとえば、第２発光素子１５と第３発光素子１６の発光点の高さがほぼ同じで段差を統一できれば、第２発光素子１５と第３発光素子１６を一つのサブ基板に実装してもよい。
　上述した光デバイス１では、第１発光素子１４～第３発光素子１６が実装される実装面のサブ基板の底面からの高さは、光学素子１７が実装される実装面よりもサブ基板の底面からの高さよりも低い。しかしながら、実施形態に係る光デバイスでは、複数の発光素子が実装される実装面のサブ基板の底面からの高さは、光学素子が実装される実装面よりもサブ基板の底面からの高さよりも高くてもよい。
　上述した光デバイス１では、第１発光素子１４～第３発光素子１６及び光学素子１７は、微調整可能なマイクロバンプに表面活性化結合されている。しかしながら、実施形態に係る光デバイスでは、第１発光素子１４～第３発光素子１６及び光学素子１７は、表面活性化結合によらず半田よりも融点が高い接合部材、たとえば金錫合金などによって接合されていてもよい。

Claims (12)

  1. 　基板と、
    　第１実装面、及び、前記第１実装面に第１段差を介して接続される第２実装面を有し、前記基板に実装された第１サブ基板と、
    　前記第１実装面に実装され、第１の波長を有する第１光を出射する第１発光素子と、
    　前記第２実装面に実装された光学素子と、を有し、
    　前記第１段差によって位置調整されて、前記第１発光素子は、前記光学素子に光学的に接続されるように配置される、
    　ことを特徴とする光デバイス。
  2. 　前記光学素子は、第１光導波路を有し、
    　前記第１発光素子及び前記光学素子は、前記第１光が前記第１光導波路に入射するように配置される、請求項１に記載の光デバイス。
  3. 　前記第１段差は、前記第１発光素子の発光点と前記光学素子の前記第１光導波路の中心との高さが等しくなるように設定される、請求項２に記載の光デバイス。
  4. 　前記光学素子は、前記第１光導波路が下方に形成された基材を更に有し、
    　前記基材は、前記第１光導波路を覆うように配置される、請求項２に記載の光デバイス。
  5. 　前記第１光導波路は、前記第１発光素子の出射方向から見たとき、前記第１凹部及び前記基材に周囲を囲まれる、請求項４に記載の光デバイス。
  6. 　前記第１サブ基板の高さＤ１は、前記第１光導波路の入射ポートの中心と前記第１実装面との距離がＨ１１であり、前記第１光導波路の入射ポートの中心と前記第２実装面との距離がＨ２１であるとき、
    　Ｄ１＝Ｈ１１－Ｈ２１
    　で示される、請求項１～５の何れか一項に記載の光デバイス。
  7. 　前記第２実装面は、表面に第１凹部を有し、
    　前記第１光導波路の一部は、前記第１凹部内に配置される、請求項１～６の何れか一項に記載の光デバイス。
  8. 　第３実装面、及び、前記第３実装面に第２段差を介して接続される第４実装面を有し、前記基板に実装された第２サブ基板と、
    　前記第３実装面に実装され、前記第１の波長と異なる第２の波長を有する第２光を出射する第２発光素子と、
    　第５実装面、及び、前記第５実装面に第３段差を介して接続される第６実装面を有し、前記基板に実装された第３サブ基板と、
    　前記第５実装面に実装され、前記第１の波長及び前記第２の波長と異なる第３の波長を有する第３光を出射する第３発光素子と、を更に有し、
    　前記光学素子は、前記第４実装面及び前記第６実装面に実装され、
    　前記第２段差によって位置調整されて、前記第２発光素子は、前記光学素子に光学的に接続されるように配置され、
    　前記第３段差によって位置調整されて、前記第３発光素子は、前記光学素子に光学的に接続されるように配置される、請求項１～７の何れか一項に記載の光デバイス。
  9. 　前記光学素子は、第２光導波路及び第３光導波路を更に有し、
    　前記第２発光素子は、前記第２光が前記第２光導波路に入射するように配置され、
    　前記第３発光素子は、前記第３光が前記第３光導波路に入射するように配置される、請求項８に記載の光デバイス。
  10. 　前記第２段差は、前記第２発光素子の発光点と前記光学素子の前記第２光導波路の中心との高さが等しくなるように設定され、
    　前記第３段差は、前記第３発光素子の発光点と前記光学素子の前記第３光導波路の中心との高さが等しくなるように設定される、請求項９に記載の光デバイス。
  11. 　前記第１サブ基板は、基台と、前記基台の表面に配置されたエッチストッパ層と、前記エッチストッパ層の表面に配置された上部層とを有し、
    　前記エッチストッパ層の表面は前記第１実装面を形成し、前記上部層の表面は前記第２実装面を形成する、請求項１～１０の何れか一項に記載の光デバイス。
  12. 　前記第１サブ基板は半導体で、前記エッチストッパ層は１μｍ未満、且つ、０．０１μｍ以上に設定される、請求項１１に記載の光デバイス。
PCT/JP2021/043985 2020-12-01 2021-11-30 光デバイス WO2022118861A1 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2022566946A JP7331272B2 (ja) 2020-12-01 2021-11-30 光デバイス

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020199578 2020-12-01
JP2020-199578 2020-12-01

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2022118861A1 true WO2022118861A1 (ja) 2022-06-09

Family

ID=81853293

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2021/043985 WO2022118861A1 (ja) 2020-12-01 2021-11-30 光デバイス

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP7331272B2 (ja)
WO (1) WO2022118861A1 (ja)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11295551A (ja) * 1998-04-16 1999-10-29 Nhk Spring Co Ltd 光デバイス用光導波路モジュール
JP2000249876A (ja) * 1999-02-26 2000-09-14 Oki Electric Ind Co Ltd 光モジュール，実装基板，及び光導波路素子
JP2000275472A (ja) * 1999-03-26 2000-10-06 Fujitsu Ltd 光導波路付基板と該基板を用いる光モジュール装置
JP2002062448A (ja) * 1993-08-09 2002-02-28 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 光サブモジュールおよびハイブリッド光集積回路
US20020106824A1 (en) * 2000-11-23 2002-08-08 Shin Ki Chul Optical integrated circuit device, fabrication method of the same and module of optical communication transmission and receiving apparatus using the same
JP2003195083A (ja) * 2001-12-26 2003-07-09 Oki Electric Ind Co Ltd 光導波路素子の製造方法
JP2010141087A (ja) * 2008-12-11 2010-06-24 Sony Corp 素子の転写方法、素子配置基板、並びにデバイス及びその製造方法

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000098157A (ja) * 1998-09-25 2000-04-07 Japan Aviation Electronics Industry Ltd 光分岐装置およびその製造方法
JP7138744B1 (ja) * 2021-05-26 2022-09-16 Ｎｔｔエレクトロニクス株式会社 光デバイス接続方法、光デバイス接続構造及び光デバイス接続システム

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002062448A (ja) * 1993-08-09 2002-02-28 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 光サブモジュールおよびハイブリッド光集積回路
JPH11295551A (ja) * 1998-04-16 1999-10-29 Nhk Spring Co Ltd 光デバイス用光導波路モジュール
JP2000249876A (ja) * 1999-02-26 2000-09-14 Oki Electric Ind Co Ltd 光モジュール，実装基板，及び光導波路素子
JP2000275472A (ja) * 1999-03-26 2000-10-06 Fujitsu Ltd 光導波路付基板と該基板を用いる光モジュール装置
US20020106824A1 (en) * 2000-11-23 2002-08-08 Shin Ki Chul Optical integrated circuit device, fabrication method of the same and module of optical communication transmission and receiving apparatus using the same
JP2003195083A (ja) * 2001-12-26 2003-07-09 Oki Electric Ind Co Ltd 光導波路素子の製造方法
JP2010141087A (ja) * 2008-12-11 2010-06-24 Sony Corp 素子の転写方法、素子配置基板、並びにデバイス及びその製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
JPWO2022118861A1 (ja) 2022-06-09
JP7331272B2 (ja) 2023-08-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9817192B2 (en) Optical module, optical module mounting method, optical module-mounted circuit substrate, optical module evaluation kit system, circuit substrate, and communication system
US10735101B2 (en) Method for manufacturing an optical communication device
JP4793099B2 (ja) 光モジュール
US7751659B2 (en) Optical apparatus
JP5923164B2 (ja) レーザモジュール及びその製造方法
JP3909257B2 (ja) 光結合装置
US7961989B2 (en) Optical chassis, camera having an optical chassis, and associated methods
JP4868505B2 (ja) レーザ装置
JP2005094009A (ja) 光受信機パッケージ
US20130258505A1 (en) Optical apparatus and method of manufacturing the same
JPWO2018037551A1 (ja) 内視鏡用光モジュール、内視鏡、および内視鏡用光モジュールの製造方法
JP2021531656A (ja) レーザダイオードパッケージモジュールおよび距離検出装置、電子機器
JP2009025458A (ja) 光モジュール
WO2022118861A1 (ja) 光デバイス
JP2009152339A (ja) 光デバイス及びその製造方法
JP2007019053A (ja) ウェハ上で実装および封止を行う光モジュール
JP2977338B2 (ja) 半導体モジュール
JPH11295561A (ja) 光半導体装置及びその製造方法
JP4967283B2 (ja) 半導体光学装置
JP2009295772A (ja) 発光モジュール
JP2003158330A (ja) 半導体レーザ結合装置
WO2021085071A1 (ja) 半導体デバイス
JPH06188458A (ja) 光素子モジュール
WO2020162023A1 (ja) 半導体発光デバイス
JP2004317629A (ja) 光送信モジュール

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 21899312

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2022566946

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 21899312

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1