(57)【要約】  基板に溝等を設けることなく光導波路と基板との間に隙間を形成して、温度調整のためにヒータによる加熱を受けても光素子にストレスが加わることのない光デバイスを提供する。光デバイスは、基板と、基板と向かい合う面に形成された光導波路を有する光素子と、光導波路を挟んで位置するように基板上に形成された接合部と、光導波路を加熱するために光素子又は基板の少なくとも一方に形成されたヒータと、金属材料から構成されたマイクロバンプ構造とを有し、光導波路と前記基板との間に隙間が形成されるようにマイクロバンプ構造を介して接合部と光素子とが接合されていることを特徴とする。
2012161199.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光デバイスであって、
基板と、
前記基板と向かい合う面に形成された光導波路を有する光素子と、
前記光導波路を挟んで位置するように前記基板上に形成された接合部と、
前記光導波路を加熱するために、前記光素子又は前記基板の少なくとも一方に形成されたヒータと、
金属材料から構成されたマイクロバンプ構造と、を有し、
前記光導波路と前記基板との間に隙間が形成されるように、前記マイクロバンプ構造を介して前記接合部と前記光素子とが接合されている、
ことを特徴とする光デバイス。
【請求項２】
前記マイクロバンプ構造は、前記光導波路と前記基板との間に形成された前記隙間に対して、空気の出し入れが可能な隙間を有している、請求項１に記載の光デバイス。
【請求項３】
前記ヒータは、前記光素子の前記基板と向かい合う面に形成されている、請求項１又は２に記載の光デバイス。
【請求項４】
前記マイクロバンプ構造はＡｕから構成されて、前記接合部上に形成され、
前記光素子は、前記マイクロバンプ構造と接合するためのＡｕ膜を有する、
請求項１〜３の何れか一項に記載の光デバイス。
【請求項５】
前記マイクロバンプ構造は、高さ１〜５μｍで直径２〜１０μｍの円柱状の突起が５〜３０μｍの間隔で形成されている、請求項１〜４の何れか一項に記載の光デバイス。
【請求項６】
前記ヒータは、ＩＴＯ膜又はＩｎＴｉＯ膜から構成される、請求項１〜５の何れか一項に記載の光デバイス。
【請求項７】
前記ヒータは、前記光導波路の長手方向に沿って帯状に形成され、
前記ヒータに電圧を印加するため、前記ヒータの長手方向に所定の間隔で設けられた引き出し部を更に有する、請求項１〜６の何れか一項に記載の光デバイス。
【請求項８】
前記引き出し部は、前記ヒータから離れるに従って太く形成される接続部を有している、請求項７に記載の光デバイス。
【請求項９】
前記引き出し部にパルス幅変調方式の電圧を印加するための電圧印加手段を更に有する、請求項８に記載の光デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光導波路が形成された光素子が基板に接合された光デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
短波長レーザ光源は、レーザ・プロジェクタや高密度光記憶装置などの分野で幅広く製品化が進められている。短波長レーザ光源は、光デバイスとしてのレーザ素子が発振する基本波の赤外光を二次高調波に変換する波長変換素子によって、青色または緑色などのレーザ光を出力するものである。波長変換素子は、ＬＮ（ニオブ酸リチウム：ＬｉＮｂＯ３）及びＬＴ（タンタル酸リチウム：ＬｉＴａＯ３）などの結晶材料が使われているが、高調波の変換効率には温度依存性があり、環境温度の変動によって変換効率が大きく変化する特性を有している。【０００３】
図２６（ａ）は、波長変換素子の環境温度（Ｔ）に対する高調波出力（ＨＦＯ）の変化の一例を示すグラフである。図２６（ａ）に示すグラフから理解できるように、波長変換素子は環境温度が低い領域で出力が低下し、また、環境温度が高い領域でも出力が低下する。波長変換素子が出力する高調波は、温度に対して大きく変化するので、効率の良い変換を実現し、且つ、安定した高調波のレーザ光を得るには、波長変換素子の温度特性を補正するための温度特性補正手段が不可欠である。波長変換素子を所定の温度に調整するために、波長変換素子にヒータを搭載したレーザ光源が知られている（例えば、特許文献１参照）。【０００４】
図２６（ｂ）は、特許文献１で開示された短波長レーザ光源を示す図である。図２６（ｂ）に示す様に、短波長レーザ光源は、シリコン基板４０１上に、０．８μｍ帯の半導体レーザ４１０及び波長変換素子４２０を有している。半導体レーザ４１０の活性層４１１から基本波４１２が出力し、波長変換素子４２０の光導波路１２１に入射して、二次高調波である青色レーザ光４３０が出力する。シリコン基板４０１が波長変換素子４２０と接する面の一部には、エッチングによって溝４０２が形成されている。【０００５】
波長変換素子４２０の下部、すなわち、光導波路４２１の近傍には、Ｔｉ膜による薄膜ヒータ４２２が形成されている。この薄膜ヒータ４２２に通電することで、波長変換素子４２０の温度を所定の温度に保つことができる。また、薄膜ヒータ４２２は、シリコン基板４０１の溝４０２によってシリコン基板４０１と接しないので、薄膜ヒータ４２２の熱がシリコン基板４０１に伝達し難い構造となっている。【０００６】
また、出力特性に温度依存性を有する半導体レーザ素子において、消費電力を抑えるために、光導波路の近傍に帯状のヒータを設ける構成も知られている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平６―３３８６５０号公報（第５頁、第５図）
【特許文献２】特開２０００−２４４０４８号公報（第３頁、第１図及び第２図）
【発明の概要】
【０００８】
特許文献１に記載の構成では、光導波路４２１とシリコン基板４０１とを熱的に遮断するため、シリコン基板４０１にエッチング等により溝４０２が形成されている。このため、シリコン基板４０１にはエッチング加工工程が必要となって、製造工程が複雑であった。
【０００９】
波長変換素子４２０の温度調整のために、薄膜ヒータ４２２への通電を繰り返すと、シリコン基板４０１の溝４０２の内部にある空気層４０３が、あるときは加熱され、あるときは冷却される。これにより、空気層４０３は膨張と収縮を繰り返すが、空気層４０３にはシリコン基板４０１から外部への流通経路がないために、空気層４０３に圧力変化が繰り返し発生する。
【００１０】
この結果、空気層４０３の圧力変化によって波長変換素子４２０にストレスが加わり、波長変換素子４２０に歪みが生じて、波長変換特性の劣化や、波長変換素子４２０と半導体レーザ４１０とのアライメントずれによるレーザ光４３０の出力低下等が発生する。特に、波長変換素子に繰り返し継続してストレスが加えられると、動作時間の経過と共に歪みやアライメントのずれ量が増大してレーザ光の出力が経時変化するので、信頼性に大きな問題が生じる。
【００１１】
本発明は、上記の問題を解決するための光デバイスを提供することを目的とする。
【００１２】
また、本発明は、基板に溝等を設けることなく光導波路と基板との間に隙間を形成して、温度調整のためにヒータによる加熱を受けても光素子にストレスが加わることのない光デバイスを提供することを目的とする。
【００１３】
さらに、本発明は、光導波路へのゴミの付着を防いで、信頼性に優れた光デバイスを提供することを目的とする。
【００１４】
さらに、本発明は、光導波路の部分的な温度制御を効率良く行うことを可能とする光デバイスを提供することを目的とする。
【００１５】
光デバイスは、基板と、基板と向かい合う面に形成された光導波路を有する光素子と、光導波路を挟んで位置するように前記基板上に形成された接合部と、光導波路を加熱するために光素子又は基板の少なくとも一方に形成されたヒータと、金属材料から構成されたマイクロバンプ構造とを有し、光導波路と基板との間に隙間が形成されるようにマイクロバンプ構造を介して接合部と光素子とが接合されていることを特徴とする。
【００１６】
さらに、光デバイスでは、マイクロバンプ構造は、光導波路と基板との間に形成された隙間に対して、空気の出し入れが可能な隙間を有していることが好ましい。
【００１７】
さらに、光デバイスでは、ヒータは、光素子の基板と向かい合う面に形成されていることが好ましい。
【００１８】
さらに、光デバイスでは、マイクロバンプ構造はＡｕから構成されて接合部上に形成され、光素子は、マイクロバンプ構造と接合するためのＡｕ膜を有することが好ましい。
【００１９】
さらに、光デバイスでは、マイクロバンプ構造は、高さ１〜５μｍで直径２〜１０μｍの円柱状の突起が５〜３０μｍの間隔で形成されていることが好ましい。
【００２０】
さらに、光デバイスでは、ヒータは、ＩＴＯ膜又はＩｎＴｉＯ膜から構成されることが好ましい。
【００２１】
さらに、光デバイスでは、ヒータは光導波路の長手方向に沿って帯状に形成され、ヒータに電圧を印加するためヒータの長手方向に所定の間隔で設けられた引き出し部を更に有することが好ましい。
【００２２】
さらに、光デバイスでは、引き出し部は、ヒータから離れるに従って太く形成される接続部を有していることが好ましい。
【００２３】
さらに、光デバイスでは、引き出し部にパルス幅変調方式の電圧を印加するための電圧印加手段を更に有することが好ましい。
【００２４】
光デバイスでは、金属材料からなるマイクロバンプ構造で光素子を基板に接合する。これにより、光導波路が形成された面が基板に向かい合う状態（フェイスダウン）で、光素子と基板とを接合する場合であっても、マイクロバンプ構造によって光素子に形成される光導波路と基板との間に隙間が確保されるので、基板側に溝等を設ける必要がなく、基板の製造工程を簡略化できる。
【００２５】
光デバイスでは、光導波路を挟んで位置するマイクロバンプ構造を有する接合部接合部により光素子と基板とが接合される。このため、マイクロバンプ内部の隙間によって、光導波路の周辺の空気層の流通経路を確保できるので、ヒータの加熱による空気層の圧力変化を抑えて、光素子にストレスが加わることを防ぐことができる。これにより、空気層の圧力変化による光素子の歪みの発生を防いで、波長変換特性の劣化や、光素子のアライメントずれによる出力低下等の問題を解消することができる。
【００２６】
光デバイスでは、マイクロバンプ構造が、非常に薄く狭い平面的な隙間が多数形成された構造であるので、その隙間に空気が流通してもホコリや異物などのゴミがマイクロバンプを通過できないため、光導波路の周辺にゴミが付着するのを防ぐことができる。これにより、ゴミの付着などの影響による光素子の特性変動を防止し、長期間安定した特性を有する信頼性に優れた光デバイスを提供することができる。
【００２７】
光デバイスが、光素子の温度調整を行うヒータをＩＴＯ膜又はＩｎＴｉＯ膜によって構成した場合、ＩＴＯ膜又はＩｎＴｉＯ膜は透明であるので、光素子の光導波路に近接して配設しても光導波路の特性に悪影響を与えることがなく、効率よく高精度に光素子の温度特性を補正することができる。
【００２８】
光デバイスは、光導波路の長手方向に沿って帯状に形成されたヒータに対して電圧を印加するために所定の間隔で少なくとも３つ設けられた引き出し部を有することができる。この場合、ヒータが所定の抵抗Ｒの領域に分割されて、各抵抗Ｒの両端に引き出し部が接続され、各端子引き出し部に印加する電圧により、分割されたヒータの各抵抗Ｒに流れる電流によるジュール熱を制御することで、ヒータによる導波路の部分的な温度制御が可能となる。
【００２９】
光デバイスでは、ヒータに流す電流をパルス幅変調制御とすることにより、位相シフトした矩形波を各制御電圧端子に加える構成にすることができる。その場合、アナログ（波高値）制御と比較し、簡単なデジタル回路を用いてデジタル制御による精密な温度制
御を容易に実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】光デバイス１の全体構成の概略を示す図である。
【図２】図１に示した光デバイス１のＡＡ´断面図である。
【図３】図１で示した光デバイス１の上面図である。
【図４（ａ）】シリコン基板１０と波長変換素子２０が、マイクロバンプによって接合されることを説明する模式的な斜視図である。
【図４（ｂ）】シリコン基板１０と波長変換素子２０が、マイクロバンプによって接合されることを説明する模式的な側面図である。
【図５】マイクロバンプによる高さ方向のアライメント調整を説明するための図である。
【図６】光導波路付近の空気の流通について説明するための光デバイス１の模式的な拡大上面図である。
【図７（ａ）】ちどり状の配列を有するマイクロバンプ３０ａ、３０ｂの例を示す図である。
【図７（ｂ）】ランダム状の配列を有するマイクロバンプ３０ａ、３０ｂの例を示す図である。
【図８】他の光デバイス１００の断面図である。
【図９】光デバイス１００の波長変換素子２０の一部を拡大した上面図である。
【図１０】更に他の光デバイス１１０の断面図である。
【図１１】図１０に示す光デバイス１１０のシリコン基板１０と波長変換素子２０を模式的に示した上面図である。
【図１２】更に他の光デバイス２００の全体構成の概略を示す図である。
【図１３】光デバイス２００の平面図である。
【図１４】図１３のＤ−Ｄ’断面図である。
【図１５】波長変換素子２０１の平面図である。
【図１６】ヒータと引き出し部との接続部の拡大図である。
【図１７】シリコン基板２０７の平面図である。
【図１８（ａ）】シリコン基板２０７と波長変換素子２０１とが、マイクロバンプ３３０によって接合されることを説明する斜視図である。
【図１８（ｂ）】シリコン基板２０７と波長変換素子２０１とが、マイクロバンプ３３０によって接合されることを説明する側面図である。
【図１９】光装置２０９の一部の構成を示す説明図である。
【図２０】各端子Ｔａ、Ｔｂへの電圧の印加の例を示す説明図である。
【図２１（ａ）】端子Ｔａに印加する電圧と端子Ｔｂに印加する電圧とに位相差がない場合の制御例を示す図である。
【図２１（ｂ）】端子Ｔａに印加する電圧と端子Ｔｂに印加する電圧とに位相差がある場合（１）を示す図である。
【図２１（ｃ）】図２１（ｃ）は、端子Ｔａに印加する電圧と端子Ｔｂに印加する電圧とに位相差がある場合（２）を示す図である。
【図２２】更に他の光デバイス３００における波長変換素子３０１の平面図である。
【図２３】図２２に示す波長変換素子３０１の断面図である。
【図２４】図２３に示す波長変換素子３０１の変形例を示す図である。
【図２５（ａ）】ヒータ印加電圧の検知方式を説明するための図である。
【図２５（ｂ）】ヒータ印加電圧の他の検知方式を説明するための図である。
【図２６（ａ）】波長変換素子の環境温度（Ｔ）に対する高調波出力（ＨＦＯ）の変化の一例を示すグラフである。
【図２６（ｂ）】特許文献１で開示された短波長レーザ光源を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下図面を参照し、入射光を二次高調波に変換する波長変換素子を搭載した光デバイスを例として、光デバイスについて説明する。しかしながら、本発明が、図面又は以下に記載される実施形態に限定されるものではないことを理解されたい。
【００３２】
図１は、光デバイス１の全体構成の概略を示す図である。
図１に示す様に、光デバイス１は、板状のシリコン基板１０と、シリコン基板１０上に接合される光素子としての波長変換素子２０、シリコン基板１０上に接合されレーザ光を出射する半導体レーザ３、及びシリコン基板１０上に接合され光ファイバ５を固定するブ基板４等から構成される。光デバイス１は、光素子としてリッジ型波長変換素子を搭載し、温度特性補正手段として波長変換素子の温度調整を行うヒータが、波長変換素子の下面全体を覆うＩＴＯ膜によって構成されている。
【００３３】
半導体レーザ３はシリコン基板１０から図示しない手段によって駆動電圧の供給を受けると、赤外光の基本波（図示せず）を出射する。波長変換素子２０は、半導体レーザ３からの赤外光を光導波路２２（破線で示す）の入射口２２ａから受光し、光導波路２２の内部で高調波に変換して緑色光、または青色光のレーザ光Ｌ１を光導波路２２の出射口２２ｂから出射し、光ファイバ５に出射する。光ファイバ５に入射されたレーザ光Ｌ１は、光ファイバ５を通過して図示しない外部の光学系に伝達される。
【００３４】
例えば、一例として、半導体レーザ３が波長１０６４ｎｍの赤外光を発振して、波長変換素子２０が波長５３２ｎｍの緑色のレーザ光に変換する。他の例としては、半導体レーザ３が波長８６０ｎｍの赤外光を発振して、波長変換素子２０が波長４３０ｎｍの青色のレーザ光に変換する。上記の例では、光デバイス１は、レーザ光を光源とする小型プロジェクターなどの光源装置に利用することができる。なお、図１で示す光デバイス１の外観図は、後述する他の光デバイス１００及び１１０にも当てはまるものとする。
【００３５】
図２は、図１に示した光デバイス１のＡＡ´断面図である。
【００３６】
光デバイス１の波長変換素子２０は、主成分がニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）であるＳＨＧ結晶のリッジ型構造の波長変換素子である。波長変換素子２０の下部には、波長変換素子２０の長手方向に沿って二つの凹部２１ａ、２１ｂが形成され、この凹部２１ａ、２１ｂの間の凸部２１ｃに光導波路２２が形成されている。光導波路２２は波長変換素子２０の下部の略中心に長手方向に沿って、シリコン基板１０と向き合う面に形成されている。
【００３７】
光導波路２２は、前述したように、半導体レーザ３（図１参照）からの基本波を受光し、高調波に変換して出射する機能を備えている。波長変換素子２０の下面全体は、薄い酸化インジウム膜２５（以下、ＩＴＯ膜２５と略す）によって覆われている。ＩＴＯ膜２５は、凹部２１ａ、２１ｂと凸部２１ｃの表面を含む下面全体のシリコン基板１０と向かい合う面に配設されている。ＩＴＯ膜２５は、波長変換素子２０の温度特性補正手段として、光導波路２２を加熱するヒータとしての機能を有している。
【００３８】
波長変換素子２０の下面の図面上の左右となる平面部２０ａ、２０ｂには、Ａｕ膜２３ａ、２３ｂが形成されている。Ａｕ膜２３ａ、２３ｂは、平面部２０ａ、２０ｂに形成されているＩＴＯ膜２５の表面に積層して形成されている。
【００３９】
シリコン基板１０の上面の波長変換素子２０の平面部２０ａ、２０ｂに対向し且つ光導波路２２を挟む位置に、第１及び第２の接合部として、導電性と熱伝導性に優れ、所定の厚さを有するＡｕから構成されるマイクロバンプ３０ａ、３０ｂがそれぞれ形成されている。
【００４０】
シリコン基板１０上のマイクロバンプ３０ａ、３０ｂと、波長変換素子２０の下面のＡｕ膜２３ａ、２３ｂを位置合わせして加圧することで、シリコン基板１０と波長変換素子２０は常温活性化接合する。波長変換素子２０は、光導波路２２をシリコン基板１０に向き合う状態（フェイスダウン）で、且つ、光導波路２２がシリコン基板１０に近接した状態で、シリコン基板１０に搭載される。マイクロバンプ３０ａ、３０ｂは、導電性と熱伝導性に優れたＡｕから構成されるので、マイクロバンプ３０ａ、３０ｂによって波長変換素子２０とシリコン基板１０は、機械的、電気的、熱的に確実に結合される。
【００４１】
波長変換素子２０とシリコン基板１０の間には、空気層による隙間２６が存在する。隙間２６によって、波長変換素子２０の下部に位置する光導波路２２は、シリコン基板１０と接することがない。また、光導波路２２の周辺の左右及び下面は、隙間２６によって空気層で覆われている。隙間２６が存在することで、光導波路２２の周辺の左右及び下面の三面が空気層となり、この空気層と光導波路２２の屈折率差を利用して光導波路２２に光を閉じこめることができる。
【００４２】
光導波路２２の左右及び下面の三面は、ＩＴＯ膜２５で覆われているが、ＩＴＯ膜２５は薄く透明なので、ＩＴＯ膜２５が光導波路２２の特性に影響することはほとんどない。
【００４３】
波長変換素子２０とシリコン基板１０の間に隙間２６を形成できる理由は、波長変換素子２０とシリコン基板１０とは、マイクロバンプ３０ａ、３０ｂによって接合され、マイクロバンプ３０ａ、３０ｂは、所定の厚みを有しているためである。すなわち、波長変換素子２０は、シリコン基板１０に対してマイクロバンプ３０ａ、３０ｂの厚み分だけ距離を置いて接合されている。所定の厚みを有するマイクロバンプ３０ａ、３０ｂは、波長変換素子２０とシリコン基板１０とを、機械的、電気的、熱的に結合すると共に、光導波路２２の周囲に空気層を形成するための隙間２６を確保する機能をも備えている。
【００４４】
シリコン基板１０から図示しない手段によって、マイクロバンプ３０ａ、３０ｂを介してＩＴＯ膜２５に所定の電流を供給すると、ＩＴＯ膜２５は所定の電気抵抗を有しているので発熱する。したがって、ＩＴＯ膜２５で覆われている光導波路２２を効率よく加熱することができる。ＩＴＯ膜２５は、波長変換素子２０の下面全体を覆うベタパターンであるので、光導波路２２の全体をむら無く均一に加熱でき、環境温度が変化しても、波長変換素子２０からのレーザ光の出力を安定化させることができる。
【００４５】
光導波路２２にＩＴＯ膜２５を近接できる理由は、ＩＴＯ膜２５が透明であるからである。すなわち、半導体レーザ３と波長変換素子２０との調芯時等にヒータであるＩＴＯ膜２５にレーザ光が当たっても、レーザ光によってＩＴＯ膜２５が加熱して燃えてしまうことがない。したがって、光導波路２２に接してヒータとしてのＩＴＯ膜２５を構成することができ、効率よく光導波路２２を加熱し温度調整することが可能となる。
【００４６】
図２で示すように、光デバイス１では、波長変換素子２０の光導波路２２を挟んで左右均等にマイクロバンプ３０ａ、３０ｂを形成し、光導波路２２の直下や近傍にはマイクロバンプを配置しない構成を採用している。これには、以下に示す三つの理由がある。
【００４７】
第１の理由：波長変換素子２０の光導波路２２は、周囲の領域（空気層）との屈折率差を利用して内部に光を閉じ込めている。しかしながら、光導波路２２にマイクロバンプなどの金属が直接接触すると、光導波路２２は周囲との屈折率差が変化して設計通りに光を閉じ込めることが出来なくなり、光導波路２２の性能が低下する。
【００４８】
第２の理由：Ａｕのマイクロバンプによってシリコン基板１０と波長変換素子２０を常温活性化接合する場合、シリコン基板１０と波長変換素子２０に大きな圧力（一例として５〜１０ｋｇｆ／ｍｍ２）を印加する必要がある。しかしながら、光導波路２２の直下にマイクロバンプがあると、加圧時にマイクロバンプを介して光導波路２２に応力が加わり、光導波路２２の結晶がひずんで、光導波路２２の波長変換効率が低下する。
【００４９】
第３の理由：半導体レーザ３から出射される赤外光のうち、光導波路２２に結合しなかった光が、光導波路２２の直下や近傍のマイクロバンプに当たると、マイクロバンプに熱が発生する。この熱が光導波路２２に伝わると光導波路２２の温度分布に影響を与えて、波長変換素子２０の変換効率を低下させる原因となる。このように、波長変換素子２０の光導波路２２の直下や近傍に金属であるマイクロバンプが形成されていると、複数の要因で光導波路２２に悪影響を及ぼし、波長変換素子２０の性能が低下する。
【００５０】
光デバイス１では、上記の３つの理由から、光導波路２２の直下や近傍にマイクロバンプを配置せず、光導波路２２の直下以外の領域にマイクロバンプ３０ａ、３０ｂを形成
している。したがって、光デバイス１では、光導波路２２にマイクロバンプが直接接触していないので、光導波路２２と周囲との屈折率差が変化することがなく、設計通りに光を閉じ込めることができるので、光導波路２２の性能低下は生じない。
【００５１】
また、シリコン基板１０と波長変換素子２０が常温活性化接合するために大きな圧力を印加されても、光導波路２２の直下にはマイクロバンプがないので、光導波路２２に応力
が加わらず、波長変換効率が低下する恐れはない。さらに、マイクロバンプは光導波路２２の直下や近傍に形成されず光導波路２２から離れている。したがって、半導体レーザ３から出射される赤外光のうち、光導波路２２に結合しなかったレーザ光があっても、レーザ光がマイクロバンプに当たることがなく、波長変換素子２０に悪影響を及ぼすことはない。
【００５２】
図３は、図１で示した光デバイス１の上面図である。
【００５３】
図３において、波長変換素子２０は、構造を分かりやすくするために透過して示している。波長変換素子２０の略中心の長手方向には、細長い光導波路２２が配設され、この光導波路２２を挟んで、第１の接合部であるマイクロバンプ３０ａと第２の接合部であるマイクロバンプ３０ｂが波長変換素子２０の長手方向に並んで配設されている。このマイクロバンプ３０ａ、３０ｂは、一例として個々のバンプの直径は４μｍ、高さは２．５μｍ程度であり、１０μｍ又は２５μｍ間隔で形成され、光導波路２２の左右均等に配設される。なお、バンプの直径は２〜１０μｍが好ましく、バンプの高さは１〜５μｍが好ましく、バンプのピッチは５〜３０μｍが好ましい。
【００５４】
この構造によって、波長変換素子２０がシリコン基板１０と接する面の大部分は、図示されるように、二つの接合部であるマイクロバンプ３０ａ、３０ｂによって接合されるので、波長変換素子２０とシリコン基板１０とは確実に結合される。
【００５５】
マイクロバンプ構造によって形成される光導波路２２の周辺の左右及び下面の隙間２６は、図示するように、光導波路２２の長手方向の全領域を覆うように形成される（光導波路２２の下面の隙間２６は図１参照）。これにより、光導波路２２と隙間２６による空気層との屈折率差によって光導波路２２の長手方向の全領域で光を閉じ込め、半導体レーザ３からの赤外光を受光して、光導波路２２の内部で波長変換し、出射口２２ｂからレーザ光Ｌ１を光ファイバ５に出射することができる。
【００５６】
図４は、マイクロバンプ接合方法を説明するための図である。図４（ａ）は、シリコン基板１０と波長変換素子２０が、マイクロバンプによって接合されることを説明する模式的な斜視図である。図４（ｂ）は、シリコン基板１０と波長変換素子２０が、マイクロバンプによって接合されることを説明する模式的な側面図である。
【００５７】
図４（ａ）と図４（ｂ）に示すように、シリコン基板１０の上面に、Ａｕ膜上にＡｕで成る円柱状のマイクロバンプ３０を多数形成する。一方、波長変換素子２０の下面、すなわち、シリコン基板１０に接合される面には、Ａｕ膜２３が形成される。次に、マイクロバンプ３０の表面及びＡｕ膜２３の表面を活性化処理する。次に、シリコン基板１０に波長変換素子２０を載せて加圧すると、マイクロバンプ３０は荷重に応じて厚み方向にわずかに変形しながら、常温でシリコン基板１０と波長変換素子２０は接合する（常温活性化接合）。なお、常温活性化接合するのは、Ａｕが活性化しているからである。
【００５８】
Ａｕのマイクロバンプによる接合は加熱が必要ないので、製造工程を簡略化できる。また、加熱によってシリコン基板１０と波長変換素子２０が位置ずれを起こす心配がなく、シリコン基板１０と波長変換素子２０との位置関係を高精度に保って接合することができる。さらに、Ａｕのマイクロバンプ３０は、３２０Ｗ／（ｍ・Ｋ）程度の熱伝導率を有し、熱が非常に伝わりやすいので、波長変換素子２０からの熱を効率よくシリコン基板１０に伝達できる。したがって、シリコン基板１０は、波長変換素子２０のヒートシンクとしての機能を果たすことができる。
【００５９】
マイクロバンプ３０の個々のバンプは、所定の間隔を保って形成されているので、個々のバンプ間には、空気層を有する隙間２６ｍが形成されている。マイクロバンプ３０の内部の隙間２６ｍは、後述するように重要な働きを担っている。また、マイクロバンプ構造によって波長変換素子２０に形成される光導波路２２とシリコン基板１０との間の間隙２６が確保されるので（図２参照）、シリコン基板１０側に隙間を確保するための溝を設ける加工が必要なく、シリコン基板１０の製造工程を簡略化できる。
【００６０】
図５は、マイクロバンプによる高さ方向のアライメント調整を説明するための図である。図５は、図１で示した光デバイス１を側面から見た模式的な側面図である。
【００６１】
シリコン基板１０の上面には、波長変換素子２０を接合するためのマイクロバンプ３０が形成され、半導体レーザ３を接合するためのマイクロバンプ３３が形成され、サブ基板４を接合するためのマイクロバンプ３４が形成されている。なお、マイクロバンプ３０、３３及び３４は、同様な形態を有している。
【００６２】
搭載部品の実装例を説明すると、まず、シリコン基板１０の表面にマイクロバンプ３０、３３、３４を形成した。次に、図示しない手段で、半導体レーザ３の平面方向の位置合わせを行いつつ、半導体レーザ３に所定の荷重Ｋ１を加えると、マイクロバンプ３３は荷重Ｋ１に応じて個々のバンプの厚さが変形し、半導体レーザ３とシリコン基板１０が接合される。
【００６３】
次に、接合した半導体レーザ３を駆動して赤外光（図示せず）を出射し、その状態で波長変換素子２０の平面方向の位置合わせを行いつつ、波長変換素子２０に所定の荷重Ｋ２を少しずつ加え、マイクロバンプ３０の厚みを変形させながらシリコン基板１０に接合する。このとき、半導体レーザ３からの赤外光を波長変換素子２０の光導波路２２に入射し、光導波路２２からの出射光を図示しない検出器で検出し、出射光が最大となる位置まで荷重を加えることで、半導体レーザ３と波長変換素子２０との間の調芯を行う。
【００６４】
同様に、半導体レーザ３を駆動した状態で、光ファイバ５を取り付けたサブ基板４を平面方向の位置合わせを行いつつ、サブ基板４に所定の荷重Ｋ３を少しずつ加え、マイクロ
バンプ３４の厚みを変形させながらシリコン基板１０に接合する。このとき、波長変換素子２０からの出射光をサブ基板４で固定された光ファイバ５に入射し、光ファイバ５からの出射光を図示しない検出器で検出し、出射光が最大となる位置まで荷重を加えることで、波長変換素子２０と光ファイバ５との間の調芯を行う。
【００６５】
このようにして、シリコン基板１０に搭載する半導体レーザ３、波長変換素子２０、サブ基板４に固定される光ファイバ５をそれぞれ調芯して、高精度に光結合した光デバイスを実現できる。レーザ光を応用する光デバイスでは、エレメント間の調芯が極めて重要である。光デバイス１では、搭載部品を接合する際の荷重を調整することでマイクロバンプの厚みを変えられるので、搭載部品の高さ方向のアライメント調整を高精度に行うことができ、エレメント間の高精度な調芯を容易に実現することができる。
【００６６】
ところで、搭載部品の実装後、何らかの原因で、波長変換素子２０などにストレスが加わると、アライメントのずれが生じて、エレメント間の光結合がずれる可能性がある。しかしながら、光デバイス１では、波長変換素子２０などにストレスが加わることを防ぐことができるので、高い信頼性を備えている。
【００６７】
図６は、光導波路付近の空気の流通について説明するための光デバイス１の模式的な拡大上面図である。なお、図６において、波長変換素子２０は構造を分かりやすくするために透過して示しており、波長変換素子２０以外の部品は省略している。
【００６８】
図６において、波長変換素子２０の略中心には光導波路２２が配設され、光導波路２２の図面上の左右には、マイクロバンプ３０ａ、３０ｂが形成され、波長変換素子２０は、マイクロバンプ３０ａ、３０ｂによってシリコン基板１０と接合している。マイクロバンプ３０ａ、３０ｂの個々のバンプは縦横に格子状に並んだ配列を採用している。なお、図６で示すマイクロバンプ３０ａ、３０ｂの個々のバンプの数は、配列をわかりやすくするために少なく記載しているが、実際には、更に多数のバンプで構成されている。
【００６９】
光導波路２２の周辺には隙間２６が形成されており、隙間２６には空気層２７が存在する。マイクロバンプ３０ａ、３０ｂにもバンプの配列によって非常に薄い平面的な隙間２６ｍが多数形成されており、このマイクロバンプ３０ａ、３０ｂの内部の隙間２６ｍにも空気層２７が存在する。なお、ＩＴＯ膜２５は、前述したように、波長変換素子２０の下面全体に形成されているが、図６では省略している。
【００７０】
ヒータとして機能するＩＴＯ膜２５（図２参照）にマイクロバンプ３０ａ、３０ｂを介して通電すると、ＩＴＯ膜２５は発熱して光導波路２２とその周辺部を加熱するが、加熱によって光導波路２２の周辺部に存在する空気層２７が膨張する。空気層２７の膨張によって空気層２７の圧力は上昇しようとする。しかしながら、空気層２７はマイクロバンプ３０ａ、３０ｂの内部の多数の隙間２６ｍを、矢印Ｂ１に示すように左右方向に通過して波長変換素子２０の外部に拡散しているので、空気層２７の圧力は、ほぼ一定に保たれる。
【００７１】
ＩＴＯ膜２５による加熱が所定の温度に達すると、図示しない制御手段でＩＴＯ膜２５への供給電流が停止される。このとき、加熱された光導波路２２とその周辺部の熱は、マイクロバンプ３０ａ、３０ｂを通って、ヒートシンクとして機能するシリコン基板１０に伝達されるので、光導波路２２とその周辺部の温度は、比較的短時間に低下する。
【００７２】
光導波路２２とその周辺部の温度が低下すると、加熱によって膨張していた空気層２７は収縮するので、空気層２７の圧力は低下しようとする。しかしながら、マイクロバンプ３０ａ、３０ｂの多数の隙間２６ｍから、矢印Ｂ１の反対方向に、空気が外部から流れ込むので、空気層２７の圧力は、ほぼ一定に保たれる。
【００７３】
このように、光導波路２２とその周辺部の温度変化によって、空気層２７が膨張と収縮を繰り返しても、空気層２７にはマイクロバンプ３０ａ、３０ｂの隙間２６ｍによる流通経路（矢印Ｂ１）が存在するので、空気層２７の圧力は、ほぼ一定に保たれる。したがって、波長変換素子２０にストレスが加えられることを防ぐことができる。この結果、空気層２７の圧力変化による波長変換素子２０の歪みの発生を防いで、波長変換特性の変動や、波長変換素子２０のアライメントずれによる出射光の変動等の問題を解消し、信頼性に優れた光デバイスを実現できる。
【００７４】
ＩＴＯ膜２５による加熱が停止して空気層２７が収縮し、矢印Ｂの反対方向に空気の流れが生じた場合、波長変換素子２０の外側にホコリや異物などのゴミが存在していると、空気の流れと共に光導波路２２の近傍の隙間２６にゴミが侵入する危険性がある。隙間２６にゴミなどが侵入すると、光導波路２２の周辺にゴミが付着して、周辺部の屈折率が変化し、波長変換素子２０の波長変換特性を悪化させる原因となる。
【００７５】
マイクロバンプ３０ａ、３０ｂは、前述したように、非常に薄い厚さと狭い間隔のバンプで構成されているので、マイクロバンプ内部の隙間２６ｍが、平面的に多数形成されていても、その高さは薄く、幅も狭い。したがって、マイクロバンプ３０ａ、３０ｂの隙間２６ｍから問題が生じるような大きさのゴミが侵入することは出来ない。これにより、光導波路２２周辺のゴミの付着などの影響による波長変換素子の特性変動を防止し、長期間安定した特性を有する信頼性に優れた光デバイスを提供することができる。
【００７６】
光デバイス１では、所定の温度に保つように、温度を測定しながらヒータであるＩＴＯ膜２５への電流をＯＮ、ＯＦＦする温度制御を行っている。ＩＴＯ膜２５への電流のＯＮによって光導波路２２とその周辺部は加熱され、また、電流のＯＦＦによって、光導波路２２とその周辺部はヒートシンクとしてのシリコン基板１０の働きによって冷却される。この結果、光導波路２２とその周辺部の温度は、適切な温度範囲に保たれるので、高出力で安定したレーザ光を出力する光デバイスを実現できる。
【００７７】
図６に示したマイクロバンプ３０ａ、３０ｂの配列は、バンプが縦横に格子状に並んだ配列としたが、バンプの配列はこれに限定されるものではない。
【００７８】
図７は、マイクロバンプの他の配列による空気の流通について説明するための図である。図７（ａ）は、ちどり状の配列を有するマイクロバンプ３０ａ、３０ｂの例を示し、図７（ｂ）は、ランダム状の配列を有するマイクロバンプ３０ａ、３０ｂの例を示している。
【００７９】
図７（ａ）において、光導波路２２周辺の隙間２６の空気層２７は、ＩＴＯ膜２５への電流をＯＮ、ＯＦＦすることによって膨張と収縮を繰り返すが、空気層２７はちどり状に配列されたマイクロバンプ３０ａ、３０ｂの多数の隙間２６ｍを矢印Ｂ２に示すように通過する。したがって、空気層２７が外部への拡散と外部からの吸収を繰り返すことで、隙間２６の空気層２７の圧力は、ほぼ一定に保たれる。なお、吸収の場合の空気の流れは、矢印Ｂ２の向きと反対になる。
【００８０】
図７（ｂ）において、光導波路２２周辺の隙間２６の空気層２７は、ＩＴＯ膜２５への電流をＯＮ、ＯＦＦによって膨張と収縮を繰り返すが、空気層２７はランダム状に配列されたマイクロバンプ３０ａ、３０ｂの多数の隙間２６ｍを矢印Ｂ３に示すように通過する。したがって、外部への拡散と外部からの吸収を繰り返すことで、隙間２６の空気層２７の圧力は、ほぼ一定に保たれる。なお、吸収の場合の空気の流れは、矢印Ｂ３の向きと反対になる。
【００８１】
マイクロバンプ３０ａ、３０ｂの配列は、マイクロバンプが所定の厚さと、所定の範囲の間隔を備えていれば、格子状、ちどり状、ランダム状であって、バンプの隙間２６ｍが空気層２７の流通経路となって、光導波路２２にストレスが加わることを防ぐことができる。また、マイクロバンプが格子状、ちどり状、ランダム状などの配列を有することで、バンプ間の隙間は極めて狭く薄くなるので、外部からのゴミなどの侵入を防ぐことができる。
【００８２】
上述したように、光デバイス１では、波長変換素子２０の温度調整を行うヒータを、波長変換素子２０の下面全体を覆うＩＴＯ膜２５によって構成し、ヒータとしてのＩＴＯ膜２５を波長変換素子２０に形成される光導波路２２に近接して配置している。したがって、光デバイス１は、効率よく高精度に温度調整（温度管理）を行うことができる。また、光デバイス１では、接合にマイクロバンプ構造を採用しているので、シリコン基板１０側の溝が不要であり、圧力変化による波長変換素子２０の歪みの発生や、光導波路２２へのゴミの侵入を防いで、信頼性に優れている。
【００８３】
なお、ＩＴＯ膜２５の替わりに、ＩｎＴｉＯ膜を用いても良い。ここで、ＩｎＴｉＯ膜は、酸化インジウムにＴｉを添加した膜である。特に１．２μｍより長波長側の近赤外光、例えば１．２６μｍを波長変換し可視光０．６３μｍに変換するＳＨＧ型の波長変換素子では、ＩＴＯ膜も適用可能であるが、ＩｎＴｉＯ膜の方が好ましい。ＩｎＴｉＯ膜は、ＩＴＯ膜と同程度の導電性を有し、長波長領域でＩＴＯ膜よりさらに高透過率、且つ低吸収率であるからである。
【００８４】
図８は、他の光デバイス１００の断面図である。光デバイス１００の全体構成の概略は、図１に示す光デバイス１と同様であり、図１に示すＡＡ´と同様の位置における光デバイス１００の断面図が図８に示すものである。なお、光デバイス１００において、光デバイス１と同一要素には同一番号を付し重複する説明は一部省略する。
【００８５】
図８における、波長変換素子２０は、光デバイス１の場合と同様に、主成分がＬｉＮｂＯ３であるＳＨＧ結晶のリッジ型構造の波長変換素子である。波長変換素子２０の下部には、波長変換素子２０の長手方向に沿って二つの凹部２１ａ、２１ｂが形成され、この凹部２１ａ、２１ｂの間の凸部２１ｃに光導波路２２が形成される。光デバイス１００は、光素子としてリッジ型波長変換素子を搭載し、この波長変換素子の温度調整を行うヒータが、波長変換素子の光導波路の周辺を除く波長変換素子の下面にＡｕ膜によって形成されている。
【００８６】
波長変換素子２０の下面の光導波路２２を挟んだ面、すなわち、平面部２０ａ、２０ｂと凹部２１ａ、２１ｂの一部の領域には、薄いＡｕ膜４０、４１が形成されている。Ａｕ膜４０、４１の一部は、光導波路２２に沿って形成され、光導波路２２を加熱するヒータとして機能するが、Ａｕ膜４０、４１の詳細なパターン形状は後述する。なお、Ａｕ膜４０、４１は、光導波路２２の近傍には形成されず、所定の距離を保って配置されている。
【００８７】
シリコン基板１０の上面の波長変換素子２０の平面部２０ａ、２０ｂに対向する位置には、光デバイス１と同様に、導電性と熱伝導性に優れ、所定の厚さを有するＡｕから構成されたマイクロバンプ３０ａ、３０ｂがそれぞれ形成されている。シリコン基板１０上のマイクロバンプ３０ａ、３０ｂと、波長変換素子２０の平面部２０ａ、２０ｂのＡｕ膜４０、４１とを位置合わせして加圧することで、シリコン基板１０と波長変換素子２０は常温活性化接合する。
【００８８】
マイクロバンプ３０ａ、３０ｂによって、波長変換素子２０とシリコン基板１０の間には、空気層による隙間２６が存在する。隙間２６によって、波長変換素子２０の下部に位置する光導波路２２は、シリコン基板１０と接することがなく、光導波路２２の左右及び下面は、空気層で覆われている。隙間２６が存在することで、光導波路２２の周囲の左右及び下面の三面が空気層となり、この周囲の空気層との屈折率差を利用して光導波路２２に光を閉じこめることができる。
【００８９】
図９は、光デバイス１００の波長変換素子２０の一部を拡大した上面図である。
【００９０】
図９に示すように、波長変換素子２０の略中心の長手方向に光導波路２２が配設され、光導波路２２を挟んで、波長変換素子２０の下面にヒータとしてのＡｕ膜４０、４１が形成されている。
【００９１】
Ａｕ膜４０、４１は、ヒータ部４０ａ、４１ａを有している。ヒータ部４０ａ、４１ａは所定の電気抵抗を有するように幅の狭い線状に形成され、光導波路２２を挟み、光導波路２２の長手方向に沿って光導波路２２から所定の間隔を保って配設されている。ヒータ部４０ａ、４１ａは、所定の間隔で接続する複数の導出部４０ｂ、４１ｂと接続され、各導出部４０ｂ、４１ｂは電極４０ｃ、４１ｃと接続されている。すなわち、Ａｕ膜４０、４１は、ヒータ部４０ａ、４１ａと、複数の導出部４０ｂ、４１ｂ、及び、複数の電極４０ｃ、４１ｃによって構成されている。
【００９２】
図９に示すように、Ａｕ膜４０、４１のヒータ部４０ａ、４１ａは、波長変換素子２０の凹部２１ａ、２１ｂに形成され、電極４０ｃ、４１ｃは平面部２０ａ、２０ｂに形成され、導出部４０ｂ、４１ｂは、凹部２１ａ、２１ｂから平面部２０ａ、２０ｂにかけて形成されている。なお、図８は、図９で示す導出部４０ｂ、４１ｂのいずれかの略中心に沿って断面を示す断面図である。
【００９３】
それぞれの電極４０ｃ、４１ｃに対向するシリコン基板１０上には、マイクロバンプ３０ａ、３０ｂ（図８参照）が形成されている。光デバイス１について説明したように、波長変換素子２０とシリコン基板１０を加圧すれば、波長変換素子２０とシリコン基板１０は、常温活性化接合して、機械的、電気的、熱的に結合する。常温活性化接合後に、マイクロバンプ３０ａ、３０ｂを介してシリコン基板１０から複数の電極４０ｃ、４１ｃに所定の電圧を供給すると、ヒータ部４０ａ、４１ａに電流が流れて発熱し、光導波路２２とその周辺を加熱して温度調整することができる。
【００９４】
一例として、図９で示す二つの電極４０ｃ間に電圧Ｖ１を印加し、他の電極４０ｃ間に異なる電圧Ｖ２を印加したとする。ここで、電圧Ｖ１が印加されたヒータ部４０ａの電気抵抗をＲ１とし、電圧Ｖ２が印加されたヒータ部４０ａの電気抵抗をＲ２とする。
【００９５】
電気抵抗Ｒ１とＲ２が等しくても、印加する電圧Ｖ１とＶ２が異なれば、それぞれの電極４０ｃ間のヒータ部４０ａには、電圧に応じた異なる電流が流れるので、その電流と電極４０ｃ間のヒータ４０ａの電気抵抗に応じた熱が発生する。すなわち、ヒータ部４０ａに所定の間隔で複数の電極４０ｃを設けることで、各電極間に異なる電圧を印加して、光導波路２２を所定のブロックごとに分割した温度調整を実現することができる。
【００９６】
例えば、光デバイスの端部に近い光導波路２２のブロックでは、外気の影響を受けやす
いので温度を高めに調整し、光デバイスの中心付近の光導波路２２のブロックでは、温度
を低めに調整するなど、外部環境に応じた細かい温度制御を行うことができる。なお、上記では、光導波路２２の図面上左側のヒータ部４０ａについて述べたが、図面上右側のヒータ部４１ａについても、同様に各電極４１ｃ間に異なる電圧を印加して、ブロックごとに温度調整することができる。この温度調整は、左右のヒータ部４０ａ、４１ａの両方を同時に行うことが好ましいが、必要に応じて左右別々に温度調整しても良い。
【００９７】
光デバイス１００では、一つのヒータ部に対して複数の電極を設けてブロックごとの温度調整ができる構成を例としたが、この構成に限定されるものではなく、たとえば、ヒータ部の両端のみに電極を設けて所定の電圧を印加することで、ヒータ部全体を一括して温度調整する簡易的な制御を行っても良い。
【００９８】
上述したように、光デバイス１００では、光導波路２２を加熱するヒータをＡｕ膜４０、４１によって構成するので、シリコン基板１０側のマイクロバンプ３０ａ、３０ｂと接合するために、波長変換素子２０の下面に別途Ａｕ膜を設ける必要がないという利点がある。よって、ＩＴＯ膜の表面にＡｕ膜を形成した光デバイス１より、波長変換素子２０の製造工程を簡略化できる。また、Ａｕ膜４０，４１のヒータ部４０ａ、４１ａは、光導波路２２の長手方向に沿って形成しているので、ヒータ部４０ａ、４１ａからの発熱を効率よく光導波路２２とその周辺部に伝達できる利点もある。
【００９９】
光デバイス１００では、光デバイス１と同様に、マイクロバンプ構造を採用することで、波長変換素子２０とシリコン基板１０の間に隙間２６（図８参照）が形成されるため、シリコン基板１０に溝等を設ける必要がないという利点がある。また、光デバイス１００では、光デバイス１と同様に、光導波路２２の周囲の空気層の流通経路が確保されて、光導波路２２にストレスが加わることを防ぐことが出来る利点もある。さらに、光デバイス１００では、光デバイス１と同様に、マイクロバンプは非常に薄く狭い隙間が多数形成される構造であるので、ゴミ等の進入を防いで光導波路２２の周辺にゴミが付着するのを防止できる利点もある。
【０１００】
光デバイス１００では、ヒータとして機能するＡｕ膜４０、４１に代わりに、光デバイス１で用いたＩＴＯ膜を利用しても良い。この場合、ＩＴＯ膜が形成される波長変換素子２０の平面部２０ａ、２０ｂの表面には、光デバイス１と同様に、Ａｕ膜２３ａ、２３ｂを形成して、シリコン基板１０側のマイクロバンプ３０ａ、３０ｂと接合すれば良い。
【０１０１】
図１０は、更に他の光デバイス１１０の断面図である。光デバイス１１０の全体構成の概略は、図１に示す光デバイス１と同様であり、図１に示すＡＡ´と同様の位置における光デバイス１１０の断面図が図１０に示すものである。なお、光デバイス１１０において、光デバイス１と同一要素には同一番号を付し重複する説明は一部省略する。
【０１０２】
図１０における、波長変換素子２０は、光デバイス１の場合と同様に、主成分がＬｉＮｂＯ３であるＳＨＧ結晶のリッジ型構造の波長変換素子である。波長変換素子２０の下部には、波長変換素子２０の長手方向に沿って二つの凹部２１ａ、２１ｂが形成され、この凹部２１ａ、２１ｂの間の凸部２１ｃに光導波路２２が形成される。光導波路２２は、二つの凹部２１ａ、２１ｂの間の凸部２１ｃに形成されるので、光導波路２２の周囲の三面が空気層となり、周囲の空気層との屈折率差を利用して光を閉じこめることができる。波長変換素子２０の下部の凹部２１ａ、２１ｂ以外の二つの平面部２０ａ、２０ｂには、Ａｕ膜２３ａ、２３ｂが形成されている。光デバイス１１０は、光素子としてリッジ型波長変換素子を搭載し、波長変換素子の温度調整を行うヒータが、波長変換素子と接合するシリコン基板側に搭載されている。
【０１０３】
シリコン基板１０の上面の波長変換素子２０の平面部２０ａ、２０ｂに対向する位置には、光デバイス１と同様に、導電性と熱伝導性に優れたＡｕから構成されるマイクロバンプ３０ａ、３０ｂがそれぞれ形成されている。これにより、シリコン基板１０上のマイクロバンプ３０ａ、３０ｂと、波長変換素子２０の下面のＡｕ膜２３ａ、２３ｂが常温活性化接合して、シリコン基板１０と波長変換素子２０とが接合される。
【０１０４】
マイクロバンプ３０ａ、３０ｂのそれぞれの直下に位置するシリコン基板１０の表面近傍には、波長変換素子２０の温度調整手段であるヒータ５０ａ、５０ｂが形成されている。ヒータ５０ａ、５０ｂの上方に近接して、それぞれマイクロバンプ３０ａ、３０ｂが形成されている。したがって、ヒータ５０ａ、５０ｂとマイクロバンプ３０ａ、３０ｂは、波長変換素子２０の光導波路２２を挟んで配置されることになる。光導波路２２の直下にはヒータ５０ａ、５０ｂとマイクロバンプ３０ａ、３０ｂは形成されず、光導波路２２の直下から離れた領域に形成されている。
【０１０５】
図１０に示すように、ヒータ５０ａ、５０ｂが通電されることで発生する熱は、熱伝導性に優れたマイクロバンプ３０ａ、３０ｂを介して、矢印Ｃ１で示すルートで波長変換素子２０の光導波路２２近傍に伝達される。したがって、ヒータ５０ａ、５０ｂが通電されることで発生する熱は、光導波路２２を効率よく加熱し温度調整することができる。なお、マイクロバンプ３０ａ、３０ｂと、ヒータ５０ａ、５０ｂの詳細は後述する。
【０１０６】
図１１は、図１０に示す光デバイス１１０のシリコン基板１０と波長変換素子２０を模式的に示した上面図である。
【０１０７】
図１１において、半導体レーザ３、サブ基板４、及びマイクロバンプ３０ａ、３０ｂ等は省略しており、シリコン基板１０と波長変換素子２０の位置関係が明確になるように透視図として記述している。図１１において、光導波路２２は、波長変換素子２０の長手方向の一方の端部から他方の端部まで形成され、図面において上側の光導波路２２の端部の出射口２２ｂから、高調波のレーザ光Ｌ１が出射される。
【０１０８】
２列のヒータ５０ａ、５０ｂは、光導波路２２の近傍に光導波路２２を挟むように、光導波路２２の左右両側に沿って形成されている。ヒータ５０ａ、５０ｂによって光導波路２２の全体が均一に加熱されて温度調整することができる。また、ヒータ５０ａ、５０ｂは、配線パターン５０ｃ、５０ｄによって並列接続されて、シリコン基板１０上の電極５０ｅ、５０ｆに接続されている。外部から電極５０ｅ、５０ｆに電圧を印加して所定の電流を供給することで、ヒータ５０ａ、５０ｂを加熱して、波長変換素子２０の光導波路２２を温度調整することができる。
【０１０９】
光デバイス１１０では、光導波路２２を挟んでシリコン基板１０側に２列のヒータ５０ａ、５０ｂを設けており、ヒータ５０ａ、５０ｂに近接した上方にＡｕのマイクロバンプ３０ａ、３０ｂを配置している。したがって、シリコン基板１０のヒータ５０ａ、５０ｂが発生する熱をマイクロバンプ３０ａ、３０ｂを介して効率良く光導波路２２に伝達でき、波長変換素子２０の温度調整を行うことができる。
【０１１０】
光デバイス１１０では、図１０に示すように、波長変換素子２０の平面部２０ａ、２０ｂの直下にマイクロバンプ３０ａ、３０ｂとヒータ５０ａ、５０ｂを形成し、光導波路
２２の直下にはマイクロバンプとヒータを配置しない構成を採用している。この理由
は、光デバイス１で説明した光導波路２２の直下にマイクロバンプを配置しない理由と同様であるので、ここでの説明は省略する。
【０１１１】
なお、シリコン基板１０にヒータ５０ａ、５０ｂを駆動するためのヒータ駆動回路が内蔵されている場合は、外部に接続する電極５０ｅ、５０ｆは不要であり、ヒータ５０ａ、５０ｂの両端は、内蔵のヒータ駆動回路に接続されることとなる。シリコン基板１０はヒータ駆動回路だけでなく、半導体レーザ３（図２参照）を駆動する回路や、他の様々な回路を内蔵することもできる。
【０１１２】
以上のように、光デバイス１１０は、波長変換素子２０を温度調整するためのヒータを、シリコン基板１０の表面近傍に形成しているので、波長変換素子２０側にヒータを形成する必要が無く、波長変換素子２０の製造工程を簡素化することができる。また、シリコン基板１０に形成するヒータ５０ａ、５０ｂは、シリコン基板１０を製造する半導体プロセスで形成できるので、ヒータのために新たな製造工程を追加する必要が無く、効率よく光デバイスを製造することができる。
【０１１３】
光デバイス１１０では、光デバイス１と同様に、マイクロバンプ構造を採用することで、波長変換素子２０とシリコン基板１０の間に隙間２６（図１０参照）が形成
されるため、シリコン基板１０に溝等を設ける必要がない利点がある。また、光デバイス１１０では、光デバイス１と同様に、光導波路２２の周囲の空気層の流通経路が確保されて、光導波路２２にストレスが加わることを防ぐことができる利点もある。さらに、光デバイス１１０では、光デバイス１と同様に、マイクロバンプは非常に薄く狭い隙間が多数形成される構造であるので、ゴミ等の進入を防いで光導波路２２の周辺にゴミが付着するのを防止できる利点もある。
【０１１４】
上述した光デバイス１、１００及び１１０では、リッジ型構造の波長変換素子を例として示したが、波長変換素子は、リッジ型に限定されるものではなく、たとえば、プロトン交換法による波長変換素子や埋め込み型の波長変換素子でも良い。また、光素子は波長変換素子に限定されず、他の機能を備えた光素子であって良い。なお、波長変換素子２０を
温度調整するヒータは、波長変換素子側とシリコン基板側の両方に設けても良い。
【０１１５】
上述した光デバイス１、１００及び１１０は、青色、緑色などの短波長レーザ光源として、レーザ・プロジェクタやレーザ光による照明装置、光ピンセットなどの様々な分野で幅広く利用することができる。
【０１１６】
図１２は、更に他の光デバイス２００の全体構成の概略を示す図である。
図１２に示すように、光デバイス２００は、板状のシリコン基板２０７と、シリコン基板２０７上に接合される光素子としての波長変換素子２０１及びレーザ光を出射する半導体レーザ２０３等から構成される。
【０１１７】
光デバイス２００はパッケージ材である金属部材２０４により支持されている。ここでは便宜上、板状の金属部材２０４として示している。金属部材２０４は、シリコン基板２０７を固着して光デバイス２００の全体を機械的に保護すると共に、光デバイス２００の放熱手段としての機能も備えている。
【０１１８】
半導体レーザ２０３はシリコン基板２０７から図示しない手段によって駆動電流の供給を受けると、赤外光の基本波（図示せず）を出射する。波長変換素子２０１は、半導体レーザ２０３からの赤外光を導波路２０１ａ（破線で示す）に受光し、導波路２０１ａの内部で高調波光に変換して緑色光、または青色光のレーザ光Ｌ１を導波路２２の出射口１ｂから出射する。
【０１１９】
例えば、一例として、半導体レーザ２０３が波長１０６４ｎｍの赤外光を発振して、波長変換素子２０１が波長５３２ｎｍの緑色のレーザ光に変換する。他の例としては、半導体レーザ２０３が波長８６０ｎｍの赤外光を発振して、波長変換素子２０１が波長４３０ｎｍの青色のレーザ光に変換する。上記の例では、図１２に示す光デバイス２００は、レーザ光を光源とする小型プロジェクターなどの光源装置などに利用することができる。
【０１２０】
図１３は光デバイス２００の平面図であり、図１４は図１３のＤ−Ｄ’断面図である。図１３及び図１４において、金属部材２０４は省略されている。図１５は、波長変換素子２０１の平面図であり、図１３の光デバイス２００の平面図に対応している。図１６は、ヒータと引き出し部との接続部の拡大図である。図１７は、シリコン基板２０７の平面図である。図１７は、図１３の光デバイス２００の平面図に対応している。
【０１２１】
波長変換素子２０１は、例えば、主成分がＬｉＮｂＯ３であるＳＨＧ結晶のプロトン交換型の波長変換素子である。図１３〜図１５に示すように、波長変換素子２０１の下部の略中央には、プロトン交換法によって導波路２０１ａが形成されている。導波路２０１ａの長手方向に沿った箇所に、ＳｉＯ２膜等を介して、帯状のヒータ２０２が形成されている。
【０１２２】
ヒータ２０２を形成する透明導電膜は、酸化インジウム（ＩＴＯ）膜から構成されている。ヒータ２０２を光導波路２０１ａを導波する光に対して透明な導電膜で形成することにより、レーザ等の強い光が光導波路２０１ａを導波して、ヒータ２０２を照射した場合であっても、光が吸収されることによるヒータ２０２の損傷を抑えることができる。
【０１２３】
なお、ヒータ２０２を形成する透明導電膜として、ＩＴＯの替わりに、ＩｎＴｉＯを用いても良い。ここで、ＩｎＴｉＯ膜は、酸化インジウムにＴｉを添加した膜である。特に１．２μmより長波長側の近赤外光、例えば１．２６μmを波長変換し可視光０．６３μｍに変換するＳＨＧ型の波長変換素子に適用する場合は、ＩＴＯ膜も適用可能であるが、ＩｎＴｉＯ膜を用いる方が好ましい。ＩｎＴｉＯ膜は、ＩＴＯ膜と同程度の導電性を保ったまま長波長領域でＩＴＯ膜よりさらに高透過率且つ低吸収率とすることができるからである。
【０１２４】
帯状のヒータ２０２に対して、ヒータ２０２と同じ材料により、ヒータ２０２に電圧を印加するための複数の引き出し部２０５が、所定の間隔で形成されている。ヒータ２０２は、ヒータとして機能するために、高抵抗となるように細く構成され、引き出し部２０５はヒータ２０２より低い抵抗となるように太く構成されている。引き出し部２０５は少なくとも３つ設けられている。
【０１２５】
図１５のＦ（図１６参照）に示すように、引き出し部２０５は、ヒータ２０２との接続部は細く、ヒータ２０２から離れるに従って太くなるように形成されている。これは、ヒータ２０２のヒータとして機能する高抵抗の領域を多く確保するためである。ヒータ２０２と引き出し部２０５とは、酸化インジウム（ＩＴＯ）等の透明導電膜をパターニングすることにより、同時に形成することができる。
【０１２６】
波長変換素子２０１では、導波路２０１ａに対して、ヒータ２０２を分割することなく、一様に形成することができるので、ヒータ２０２による導波路２０１ａに対する光学的な影響を抑えることが可能となる。
【０１２７】
図１４及び図１５に示すように、波長変換素子２０１に形成された引き出し部２０５と重なるように、Ａｕ膜２２３が形成されている。Ａｕ膜２２３は、後述するシリコン基板２０７上に形成されたマイクロバンプ２３０と接合するための金属膜である。
【０１２８】
図１３、図１４及び図１７に示すように、シリコン基板２０７上には、波長変換素子２０１に形成されたＡｕ膜２２３に応じた位置に電極パターン２０６が形成されている。電極パターン２０６には、波長変換素子２０１のＡｕ膜２２３と接合するためのマイクロバンプ２３０が形成されている。また、電極パターン２０６には、外部との電気的接続のための端子Ｔａ、Ｔｂが形成される。図１３及び図１４のＥに示すように、波長変換素子２０１のＡｕ膜２２３とシリコン基板２０７のマイクロバンプ２３０とが接合することにより、波長変換素子２０１とシリコン基板２０７とが機械的に接合する。接合によって、マイクロバンプ２３０、Ａｕ膜２２３及び引き出し部２５を介して、端子Ｔａ、Ｔｂとヒータ２０２とが導通した状態となり、端子Ｔａ、Ｔｂからヒータ２０２に電圧を印加することが可能となる。
【０１２９】
図１２〜図１７に示した光デバイス２００では、プロトン交換型の導波路を有する波長変換素子２０１に対して、ヒータ２０２及び引き出し部２０５が設けられる例を示した。しかしながら、リッジ型の導波路を有する波長変換素子に対して、図１３〜図１５に示すようなヒータ２０２及び引き出し部２０５を設けることも可能である。
【０１３０】
図１８は、マイクロバンプ接合を説明するための図である。図１８（ａ）はシリコン基板２０７と波長変換素子２０１とが、マイクロバンプ３３０によって接合されることを説明する斜視図であり、図１８（ｂ）はシリコン基板２０７と波長変換素子２０１とが、マイクロバンプ３３０によって接合されることを説明する側面図である。
【０１３１】
図１８（ａ）及び図１８（ｂ）において、シリコン基板２０７の上面には、Ａｕ薄膜上にＡｕから構成される円柱状のマイクロバンプ３３０を多数形成する。一方、波長変換素子２０１の下面、すなわち、シリコン基板２０７に接合される面には、Ａｕ薄膜２２３が形成されている。この状態で、シリコン基板２０７に波長変換素子２０１を載せて加熱することなく加圧すると、Ａｕが活性化して常温でシリコン基板２０７と波長変換素子２０１は接合する（常温活性化接合）。例えば、マイクロバンプ３３０の直径は、５μｍ程度、高さは１μｍ程度である。
【０１３２】
Ａｕのマイクロバンプによる接合は加熱が必要ないので、製造工程を簡略化できる。また、加熱によってシリコン基板２０７と波長変換素子２０１が位置ずれを起こす心配がなく、シリコン基板２０７と波長変換素子２０１を高精度に接合することができる。
【０１３３】
図１９は、光装置２０９の一部の構成を示す説明図である。
図１９は、波長変換素子２０１のヒータ２０２、引き出し部２０５及び端子Ｔａ、Ｔｂの電気的な等価回路を示している。光装置２０９は、光デバイス２００と、端子Ｔａ、Ｔｂに対して電圧を印加する電圧印加手段２０８とを備えている。
【０１３４】
図１９に示すように、ヒータ２０２が抵抗Ｒの領域に分割され、各抵抗Ｒの両端に引き出し部２０５が接続され、各引き出し部２０５の端部に端子Ｔａ、Ｔｂが設けられている。各端子Ｔａ、Ｔｂに印加する電圧により、ヒータ２０２の各抵抗Ｒに流れる電流によるジュール熱を制御することで、ヒータ２０２による導波路の部分的な温度制御が可能となる。
【０１３５】
図２０は、各端子Ｔａ、Ｔｂへの電圧の印加の例を示す説明図である。
図２０に示すように、一つおきに位置する端子Ｔｂ１〜５に同一の電圧Ｖｘを印加し、残りの端子Ｔａ１〜４にそれぞれ異なる電圧Ｖ１〜Ｖ４を印加することにより、２つの抵抗Ｒからなる領域（ＡＲＥＡ）１〜４に対して、それぞれ異なる電流Ｉ１〜Ｉ４を流すことができる。これにより、領域（ＡＲＥＡ）１〜４において、独立して温度制御を行うことが可能となる。
【０１３６】
図２１は、電圧印加手段２０８によるヒータ２０２の制御例を示す図である。図２１（ａ）は端子Ｔａに印加する電圧と端子Ｔｂに印加する電圧とに位相差がない場合の制御例を示す図であり、図２１（ｂ）は端子Ｔａに印加する電圧と端子Ｔｂに印加する電圧とに位相差がある場合（１）を示す図であり、図２１（ｃ）は、端子Ｔａに印加する電圧と端子Ｔｂに印加する電圧とに位相差がある場合（２）を示す図である。図２１に示す制御零は、いわゆるパルス幅変調制御であり、端子Ｔａ及び端子Ｔｂに、同一の振幅、周期を有する矩形波の電圧を印加している。
【０１３７】
図２１（ａ）に示すように、端子Ｔａに印加する電圧と端子Ｔｂに印加する電圧とに位
相差がない場合（ｔｄ＝０）、ヒータ２０２の抵抗Ｒの両端に電位差（Ｖｄ）は生じず、抵抗Ｒに電流は流れないため熱エネルギーは発生しない。また、図２１（ｂ）に示すように、端子Ｔａに印加する電圧と端子Ｔｂに印加する電圧とに位相差ｔｄが、０＜ｔｄ＜Ｔ／２である場合、ヒータ２０２の抵抗Ｒに電位差（Ｖｄ）に応じた電流が流れることにより発生する熱エネルギーは、Ｐ＝Ｖ２／Ｒ x ２ｔｄ／Ｔとなる。
【０１３８】
さらに、図２１（ｃ）に示すように、端子Ｔａに印加する電圧と端子Ｔｂに印加する電圧との位相差ｔｄが、ｔｄ＝Ｔ／２である場合、ヒータ２０２の抵抗Ｒに電位差（Ｖｄ）に応じた電流が流れることにより発生する熱エネルギーは、Ｐ＝Ｖ２／Ｒとなり、最大となる。
【０１３９】
図２１に示すように、電圧印加手段２０８は、パルス幅変調制御方式によって、コモン電極（図２０の例ではＴｂ）に対して加える矩形波を基準として位相シフトした矩形波を各制御電圧端子（図２０の例ではＴａ）に加える構成としている。この方式では、アナログ（波高値）制御と比較し、簡単なデジタル回路だけで、例えば１０ビット以上の多ビットでのデジタル制御による精密な温度制御を容易に実現することが可能となる。
【０１４０】
図１２〜図２１に示した光デバイス２００及び光装置２０９が有するヒータの構造及びヒータの制御方法を、前述した光デバイス１、１００及び１１０に適用することも可能である。なお、光デバイスに電圧印加手段を備えた光装置を、光デバイスと称する場合もある。
【０１４１】
図２２は更に他の光デバイス３００における波長変換素子３０１の平面図であり、図２３は図２２に示す波長変換素子３０１の断面図である。図２２及び図２３では、光デバイス３００における波長変換素子３０１の一部のみを示しており、他の構成は前述した光デバイス２００と同様である。
【０１４２】
図２２及び図２３に示すように、波長変換素子３０１には、Ａｕからなる第１の電極３１０ａと、第２の電極３１０ｂとが設けられている。
【０１４３】
複数の第１の電極３１０ａ側からは、導波路３０１ａに向けて、同じＡｕからなる引き出し部３０１ａが設けられている。各引き出し部３０１ａの先端には、導波路３０１ａに沿って平行にＡｕからなるヒータ３０２ａが設けられている。同様に、複数の第２の電極３０ｂ側からは、導波路３０１ａに向けて、同じＡｕからなる引き出し部３０１ｂが設けられている。各引き出し部３０１ｂの先端には、導波路３０１ａに沿って平行にＡｕからなるヒータ３０２ｂが設けられている。
【０１４４】
光デバイス３００の波長変換素子３０１では、導波路３０１ａを凸形状のリッジ部分に設けている。上記構成ではリッジ部分の両側部の凹部の位置まで引き出し部３０１ａ、３０１ｂを延ばして形成するため、ヒータ３０２ａ、３０２ｂを導波路３０１ａに近づけて配置でき、ヒータ３０２ａ、３０２ｂで導波路３０１ａを直接加熱できるようになった。なお、導波路３０１ａは、リッジ構造部分以外に設けるようにしても良い。
【０１４５】
光デバイス３００の波長変換素子３０１では、同一の材質（例えばＡｕ）で、第１の電極３１０ａ、第２の電極３１０ｂ、引き出し部３０１ａ、３０１ｂ及びヒータ３０２ａ、３０２ｂが波長変換素子３０１に形成されている。第１の電極３１０ａ、第２の電極３１０ｂは、図１４で示すシリコン基板２０７上に形成されたマイクロバンプ２３０と接合するための金属膜としても用いられる。第１の電極３１０ａ、第２の電極３１０ｂ、引き出し部３０１ａ、３０１ｂ及びヒータ３０２ａ、３０２ｂを同一の材質（例えばＡｕ）とすることで、容易にパターン形成できるようになった。また、接合する電極（金属膜）と同一の材質でヒータを形成したので、ヒータ３０２ａ、３０２ｂの電極を個別に導出する必要がない。
【０１４６】
波長変換素子３０１におけるパターン形成時に、パターンのサイズを調整して、例えば５Ｖ等のパルス幅変調制御に適した抵抗値にすることができる。例えば、Ａｕ薄膜によるヒータ３０２ａ、３０２ｂを、長さＬ＝１ｍｍ、断面積Ａ＝２μｍ×０．５μｍとしたとき、ヒータ抵抗Ｒ＝ρＬ／Ａ＝２３．５Ω、Ａｕの抵抗比ρ＝２．３５×１０-８Ωｍ、Ｌ＝１×１０-３ｍ、Ａ＝２×０．５×１０-１２ｍ２となる。これにより、パルス幅変調として５Ｖを印加するとき、２３５ｍＡで、１．０６Ｗとなるので、引き出し部３０１ａ、３０１ｂの長さＷは２ｍｍ程度とすればよい。
【０１４７】
図２４は、図２３に示す波長変換素子３０１の変形例を示す図である。
【０１４８】
図２４では、図２３に示す波長変換素子３０１において、分極反転用の電極３０５を設けた変形例である波長変換素子３０１´を示している。図２４に示すように、波長変換素子３０１´では、分極反転用の電極３０５は、波長変換素子３０１´の全幅に渡って設けるのではなく、導波路３０１ａのリッジ部分に対応した箇所（所定幅Ｗ１）にだけ設けられている。分極反転用の電極３０５は、ＩＴＯ膜で形成する。また、波長変換素子３０１´では、波長変換素子３０１´を構成する第１の基板３０８ｃと第２の基板３０８ｄとを接着層３０６で接着している。導波路３０１ａと電極３０５の間に接着層３０６を存在させることにより、ＩＴＯ膜による分極反転用の電極３０５部分での熱伝導を減らすことができる。
【０１４９】
図２５（ａ）はヒータ印加電圧の検知方式を説明するための図であり、図２５（ｂ）はヒータ印加電圧の他の検知方式を説明するための図である。
【０１５０】
図２２に示した複数の第１の電極３１０ａ、第２の電極３１０ｂを用いてブロック的に温度制御が行うことができる。この場合、電極間の印加電圧は、図２５に示すような一般的な４端子法により正確に検出することができる。以下、複数の第１の電極３１０ａを例に説明する。
【０１５１】
図２５（ａ）は、ヒータ３０２ａ２（Ｒ２）の印加電圧を検出する場合を示している。この場合、一対の電極３１０ａ２及び３１０ａ３の両隣の電極３１０ａ１及び３１０ａ４から電流Ｉを供給し、ヒータ３０２ａ２の一対の電極３１０ａ２及び３１０ａ３間の電圧Ｖを検出する。
【０１５２】
図２５（ｂ）ヒータ３０２ａ３（Ｒ３）の印加電圧を検出する場合を示している。この場合、一対の電極３１０ａ３及び３１０ａ４の両隣の電極３１０ａ２及び３１０ａ５から電流Ｉを供給し、ヒータ３０２ａ３の一対の電極３１０ａ３及び３１０ａ４間の電圧Ｖを検出する。
【０１５３】
図２２〜図２５に示した光デバイス３００及び光デバイス３００の変形例が有するヒータの構造及びヒータの制御方法を、前述した光デバイス１、１００及び１１０に適用することも可能である。なお、光デバイスに電圧印加手段を備えた光装置を、光デバイスと称する場合もある。
【図１】
2012161199.tif 000003
【図２】
2012161199.tif 000004
【図３】
2012161199.tif 000005
【図４（ａ）】
2012161199.tif 000006
【図４（ｂ）】
2012161199.tif 000007
【図５】
2012161199.tif 000008
【図６】
2012161199.tif 000009
【図７（ａ）】
2012161199.tif 000010
【図７（ｂ）】
2012161199.tif 000011
【図８】
2012161199.tif 000012
【図９】
2012161199.tif 000013
【図１０】
2012161199.tif 000014
【図１１】
2012161199.tif 000015
【図１２】
2012161199.tif 000016
【図１３】
2012161199.tif 000017
【図１４】
2012161199.tif 000018
【図１５】
2012161199.tif 000019
【図１６】
2012161199.tif 000020
【図１７】
2012161199.tif 000021
【図１８（ａ）】
2012161199.tif 000022
【図１８（ｂ）】
2012161199.tif 000023
【図１９】
2012161199.tif 000024
【図２０】
2012161199.tif 000025
【図２１（ａ）】
2012161199.tif 000026
【図２１（ｂ）】
2012161199.tif 000027
【図２１（ｃ）】
2012161199.tif 000028
【図２２】
2012161199.tif 000029
【図２３】
2012161199.tif 000030
【図２４】
2012161199.tif 000031
【図２５（ａ）】
2012161199.tif 000032
【図２５（ｂ）】
2012161199.tif 000033
【図２６（ａ）】
2012161199.tif 000034
【図２６（ｂ）】
2012161199.tif 000035
【手続補正書】
【提出日】平成24年9月24日(2012.9.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光デバイスであって、
基板と、
前記基板と向かい合う面に形成された光導波路を有する光素子と、
前記光導波路を挟んで位置するように前記基板上に形成された接合部と、
前記光導波路を加熱するために、前記光素子又は前記基板の少なくとも一方に形成されたヒータと、
Ａｕから構成されたマイクロバンプ構造と、を有し、
前記光導波路と前記基板との間に、前記光導波路の周辺の３面が空気層となるような隙間が形成されるように、前記マイクロバンプ構造を介して前記接合部と前記光素子とが常温活性化接合されている、
ことを特徴とする光デバイス。
【請求項２】
前記マイクロバンプ構造は、前記光導波路と前記基板との間に形成された前記隙間に対して、空気の出し入れが可能な隙間を有している、請求項１に記載の光デバイス。
【請求項３】
前記ヒータは、前記光素子の前記基板と向かい合う面に形成されている、請求項１又は２に記載の光デバイス。
【請求項４】
前記光素子は、前記マイクロバンプ構造と接合するためのＡｕ膜を有する、
請求項１〜３の何れか一項に記載の光デバイス。
【請求項５】
前記マイクロバンプ構造は、高さ１〜５μｍで直径２〜１０μｍの円柱状の突起が５〜３０μｍの間隔で形成されている、請求項１〜４の何れか一項に記載の光デバイス。
【請求項６】
前記ヒータは、ＩＴＯ膜又はＩｎＴｉＯ膜から構成される、請求項１〜５の何れか一項に記載の光デバイス。
【請求項７】
前記ヒータは、前記光導波路の長手方向に沿って帯状に形成され、
前記ヒータに電圧を印加するため、前記ヒータの長手方向に所定の間隔で設けられた引き出し部を更に有する、請求項１〜６の何れか一項に記載の光デバイス。
【請求項８】
前記引き出し部は、前記ヒータから離れるに従って太く形成される接続部を有している、請求項７に記載の光デバイス。
【請求項９】
前記引き出し部にパルス幅変調方式の電圧を印加するための電圧印加手段を更に有する、請求項８に記載の光デバイス。
【請求項１０】
前記基板はシリコン基板であり、前記光素子は波長変換素子であり、
前記波長変換素子へレーザ光を入射するための半導体レーザを更に有する、請求項１〜９の何れか一項に記載の光デバイス。
【国際調査報告】
2012161199.tif 000036
2012161199.tif 000037
2012161199.tif 000038
2012161199.tif 000039