(57)【要約】【課題】反りを抑制することができる、膜付き基板を提供する。【解決手段】光学素子を搭載するためのサブマウントに用いられる膜付き基板１であって、対向している第１の主面２ａ及び第２の主面２ｂを有する、基板２と、基板２の第１の主面２ａ及び第２の主面２ｂのうち少なくとも一方の主面２ａ上に配置されている、応力調整膜４と、を備える、膜付き基板１。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学素子を搭載するためのサブマウントに用いられる膜付き基板であって、
対向している第１の主面及び第２の主面を有する、基板と、
前記基板の前記第１の主面及び前記第２の主面のうち少なくとも一方の主面上に配置されている、応力調整膜と、
を備える、膜付き基板。
【請求項２】
前記応力調整膜が、スパッタ膜である、請求項１に記載の膜付き基板。
【請求項３】
前記応力調整膜が、Ｎｉを含む、請求項１又は２に記載の膜付き基板。
【請求項４】
前記応力調整膜の厚みが、１０μｍ以下である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の膜付き基板。
【請求項５】
前記基板と前記応力調整膜との間に設けられている、めっき膜をさらに備える、請求項１〜４のいずれか１項に記載の膜付き基板。
【請求項６】
前記めっき膜が、Ｎｉを含む、請求項５に記載の膜付き基板。
【請求項７】
前記応力調整膜上に設けられており、かつＡｕ及びＳｎのうち少なくとも一方を含む、密着膜をさらに備える、請求項１〜６のいずれか１項に記載の膜付き基板。
【請求項８】
光学素子を搭載するためのサブマウントであって、
請求項１〜７のいずれか１項に記載の膜付き基板からなる、サブマウント。
【請求項９】
ヒートシンクである、請求項８に記載のサブマウント。
【請求項１０】
請求項８又は９に記載のサブマウントと、
前記サブマウントにおける前記応力調整膜の上に配置される、光学素子と、
前記光学素子を収容するためのパッケージと、
を備える、光学デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、膜付き基板、並びに該膜付き基板を用いたサブマウント及び光学デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＬＤ（Ｌａｓｅｒ  Ｄｉｏｄｅ）やＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）などの光学素子におけるサブマウントとして、放熱性の高いヒートシンクが用いられている。このようなヒートシンクでは、光学素子をはんだ付けする際の熱や、光学素子で発生した熱をパッケージへ効率よく放熱させている。また、下記の特許文献１には、このようなヒートシンクの材料として、ＣｕＷ等の材料が用いられることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平０６−２４４３５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年、放熱性の向上のために、より薄型化が求められている。しかしながら、特許文献１のようなヒートシンクを薄型化した場合、製造時の焼成工程における熱などの影響を受け易くなり、ヒートシンクに反りが生じることがある。このような反りが生じたヒートシンクの上に光学素子を搭載すると、十分に放熱を行なえないという問題がある。
【０００５】
本発明の目的は、反りを抑制することができる、膜付き基板、並びに該膜付き基板を用いたサブマウント及び光学デバイスを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る膜付き基板は、光学素子を搭載するためのサブマウントに用いられる膜付き基板であって、対向している第１の主面及び第２の主面を有する、基板と、前記基板の前記第１の主面及び前記第２の主面のうち少なくとも一方の主面上に配置されている、応力調整膜と、を備えることを特徴とする。
【０００７】
本発明においては、前記応力調整膜が、スパッタ膜であることが好ましい。
【０００８】
本発明においては、前記応力調整膜が、Ｎｉを含むことが好ましい。
【０００９】
本発明においては、前記応力調整膜の厚みが、１０μｍ以下であることが好ましい。
【００１０】
本発明においては、前記基板と前記応力調整膜との間に設けられている、めっき膜をさらに備えていてもよい。
【００１１】
本発明においては、前記めっき膜が、Ｎｉを含むことが好ましい。
【００１２】
本発明においては、前記応力調整膜上に設けられており、かつＡｕ及びＳｎのうち少なくとも一方を含む、密着膜をさらに備えていてもよい。
【００１３】
本発明に係るサブマウントは、光学素子を搭載するためのサブマウントであって、本発明に従って構成される膜付き基板からなることを特徴とする。
【００１４】
本発明に係るサブマウントは、ヒートシンクであってもよい。
【００１５】
本発明に係る光学デバイスは、本発明に従って構成されるサブマウントと、前記サブマウントにおける前記応力調整膜の上に配置される、光学素子と、前記光学素子を収容するためのパッケージと、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、反りを抑制することができる、膜付き基板、並びに該膜付き基板を用いたサブマウント及び光学デバイスを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る膜付き基板を示す模式的断面図である。
【図２】（ａ）〜（ｃ）は、膜付き基板における反りの測定方法を説明するための模式図である。
【図３】本発明の第２の実施形態に係る膜付き基板を示す模式的断面図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る光学デバイスを示す模式的断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、好ましい実施形態について説明する。但し、以下の実施形態は単なる例示であり、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。また、各図面において、実質的に同一の機能を有する部材は同一の符号で参照する場合がある。
【００１９】
［膜付き基板］
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る膜付き基板を示す模式的断面図である。
【００２０】
膜付き基板１は、光学素子のサブマウントに用いられる基板である。なかでも、膜付き基板１は、ヒートシンク機能を有するサブマウントに用いられる基板であることが望ましい。なお、膜付き基板１は、光学素子以外の素子のサブマウントであってもよいし、サブマウント以外の用途に用いられてもよく、その用途は、特に限定されない。
【００２１】
膜付き基板１は、基板２、第１のめっき膜３、応力調整膜４、第１の密着膜５、第２のめっき膜８、及び第２の密着膜９を備える。基板２は、対向している第１の主面２ａ及び第２の主面２ｂを有する。
【００２２】
基板２の第１の主面２ａ上に、第１のめっき膜３が設けられている。第１のめっき膜３上に、応力調整膜４が設けられている。応力調整膜４上に、第１の密着膜５が設けられている。また、基板２の第２の主面２ｂ上に、第２のめっき膜８が設けられている。第２のめっき膜８上に、第２の密着膜９が設けられている。
【００２３】
本実施形態において、基板２は、略矩形板状の形状を有する。もっとも、基板２は、例えば、略円板状等の形状を有していてもよく、その形状は特に限定されない。
【００２４】
基板２の材料は、特に限定されないが、放熱性の高い材料により構成されていることが望ましい。具体的には、基板２の材料としては、例えば、ＣｕＷ、ＣｕＭｏ、ＡｌＮ、Ｃｕ−Ｄｉａｍｏｎｄ、Ｍｏ、Ａｌ−ＳｉＣ、Ｍｇ−ＳｉＣ等が挙げられる。これらの材料は、１種を単独で用いてもよく、複数種を併用してもよい。
【００２５】
基板２の厚みは、特に限定されないが、好ましくは０．１ｍｍ以上、より好ましくは０．２ｍｍ以上、好ましくは１．０ｍｍ以下、より好ましくは０．５ｍｍ以下である。基板２の厚みが上記下限値以上である場合、放熱性をより一層高めることができる。また、基板２の厚みが上記上限値以下である場合、用いられるデバイスにおいてより一層の低背化を図ることができる。
【００２６】
第１のめっき膜３及び第２のめっき膜８は、基板２との密着性を高めるために用いられる。
【００２７】
第１のめっき膜３及び第２のめっき膜８の材料としては、特に限定されないが、本実施形態では、Ｎｉである。もっとも、第１のめっき膜３及び第２のめっき膜８の材料は、Ｎｉには限定されず、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｗ、ＴｉＷ、Ｍｏ又はＮｉ−Ｃｒ等であってもよい。これらの材料は、１種を単独で用いてもよく、複数種を併用してもよい。なお、第１のめっき膜３及び第２のめっき膜８には、上記例示した材料が９５％以上含まれていることが望ましい。もっとも、第１のめっき膜３及び第２のめっき膜８は、本発明の効果を阻害しない範囲において、不純物や添加物を含んでいてもよい。
【００２８】
第１のめっき膜３及び第２のめっき膜８におけるそれぞれの厚みは、特に限定されないが、例えば、０．５μｍ以上、５μｍ以下とすることができる。
【００２９】
応力調整膜４は、その膜応力により膜付き基板１全体に加わる応力を調整し、膜付き基板１の反りを抑制するための膜である。具体的には、応力調整膜４は、応力調整膜４を設けなかった場合に反りの生じる方向とは反対方向に反りを生じさせることにより、膜付き基板１全体としての反りを低減するように調整する膜である。従って、応力調整膜４は、応力調整膜４を設けなかった場合に反りの生じる方向を考慮して、本実施形態のように第１の主面２ａ側に設けてもよいし、第２の主面２ｂ側に設けてもよい。また、第１の主面２ａ及び第２の主面２ｂの双方の上に設けてもよい。なお、第２の主面２ｂ側に設ける場合においても、第２の主面２ｂ上に設けてもよいし、第２のめっき膜８と第２の密着膜９との間に設けてもよい。
【００３０】
応力調整膜４における反りの程度は、その膜応力により調整することができる。従って、応力調整膜４における反りの程度は、例えば、応力調整膜４の厚みによって調整することができる。これを以下の実験例を用いて説明する。
【００３１】
実験例では、図２（ａ）に示すように、まず、基板１２（日本電気硝子社製、ＢＤＡ、厚み：０．５ｍｍ）上に、第１のめっき膜１３としてのＣｒめっき膜（厚み１００ｎｍ）を形成した。次に、第１のめっき膜１３上に、スパッタリング法により、応力調整膜１４としてのＮｉ膜を成膜した。なお、Ｎｉ膜の厚みが、３００ｎｍ、１０００ｎｍ、及び１５００ｎｍのものをそれぞれ作製した。それによって、３種類の膜付き基板１１を作製した。
【００３２】
膜付き基板１１の寸法は、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、長さａ：２５ｍｍとし、幅ｂ：２５ｍｍとした。また、第１のめっき膜１３及び応力調整膜１４の成膜は、膜付き基板１１の長さ方向における第１の端部１１ｂ及び第２の端部１１ｃから長さｃ：０．２ｍｍの部分には成膜しなかった。
【００３３】
このようにして得られた膜付き基板１１の反り量を測定した。具体的には、図２（ｃ）に示すステージ１０上に、膜付き基板１１を載置し、２５℃で１時間放置した後の反り量Ｌを測定した。なお、膜付き基板１１は、膜面１１ａが上方となるように載置した。そして、第１の端部１１ｂ及び第２の端部１１ｃと、膜付き基板１１の非膜面１１ｄにおける長さ方向の中心との高さの差を反り量Ｌとした。反り量Ｌは、２つの端部１１ｂ、１１ｃの反り量Ｌの平均とした。なお、非膜面１１ｄは、膜面１１ａと対向する面である。
【００３４】
結果を下記の表１に示す。
【００３５】
【表１】
2022002273.tif 000003
【００３６】
表１に示すように、応力調整膜１４としてのＮｉ膜の厚みが大きくなるほど、反り量の絶対値が大きくなっていることがわかる。
【００３７】
従って、本実施形態では、膜付き基板１を構成する応力調整膜４以外の設計に応じて、応力調整膜４を設ける面や反り量を調整することにより、膜付き基板１全体の反り量を低減するように調整することができる。よって、膜付き基板１では、反りを抑制することができる。
【００３８】
応力調整膜４の材料としては、特に限定されず、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｗ、Ｍｏ、ＴｉＷ、Ｎｉ−Ｃｒ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｕ等を用いることができる。これらの材料は、１種を単独で用いてもよく、複数種を併用してもよい。膜付き基板１全体の反り量をより一層調整し易いという観点から、応力調整膜４は、Ｎｉを主成分とする膜であることが好ましい。また、応力調整膜４の材料は、Ｎｉと他の金属の合金であってもよい。なお、上記主成分とは、応力調整膜４中にその成分が９５％以上含まれていることをいうものとする。もっとも、応力調整膜４は、本発明の効果を阻害しない範囲において、不純物や添加物を含んでいてもよい。
【００３９】
応力調整膜４の厚みとしては、特に限定されず、必要とされる反り量に応じて適宜設計することができる。応力調整膜４の厚みは、例えば、０．０５μｍ以上、１０μｍ以下とすることができる。なお、薄型化や製造コスト低減の観点からは、応力調整膜４の厚みは、好ましくは１．０μｍ以下、より好ましくは０．５μｍ以下である。
【００４０】
また、応力調整膜４の形成方法は、特に限定されないが、スパッタリング法により形成することが好ましい。従って、応力調整膜４は、スパッタ膜であることが好ましい。この場合、より緻密な膜が成膜されるので、膜付き基板１全体の反り量をより一層調整し易い。また、応力調整膜４の厚みをより薄くすることもできる。
【００４１】
なお、応力調整膜４は、平面視において、基板２における主面全体に設けられることが好ましいが、基板２における主面の一部にのみ設けられていてもよい。また、応力調整膜４は、基板２における主面の少なくとも一部に加えて、基板２の側面にも設けられていてもよい。
【００４２】
第１の密着膜５は、第１の層６及び第２の層７を有する。具体的には、応力調整膜４上に、第１の層６が設けられている。また、第１の層６上に、第２の層７が設けられている。
【００４３】
第１の層６は、拡散防止層としての機能を有していることが望ましい。例えば、第２の層７の成分が第１のめっき膜３や応力調整膜４へ拡散することを防止するための層であることが望ましい。これにより、第１の密着膜５の光学素子等への密着性を高めることができる。もっとも、第１の密着膜５において、第１の層６は設けられていなくてもよい。
【００４４】
第１の層６の材料は、特に限定されないが、本実施形態では、Ｐｔである。この場合、第２の層７の成分が第１のめっき膜３や応力調整膜４へ拡散することをより一層抑制することができる。もっとも、第１の層６の材料は、Ｐｔには限定されず、Ａｕ、又はＰｄ等であってもよい。これらの材料は、１種を単独で用いてもよく、複数種を併用してもよい。なお、第１の層６には、上記例示した材料が９５％以上含まれていることが望ましい。もっとも、第１の層６には、密着性を阻害しない範囲において、不純物や添加物が含まれていてもよい。
【００４５】
第１の層６の厚みは、特に限定されないが、例えば、０．０５μｍ以上、１．０μｍ以下とすることができる。
【００４６】
第１の層６の形成方法としては、特に限定されず、例えば、スパッタリング法や蒸着法により形成することができる。
【００４７】
第２の層７は、例えば、光学素子等と直接密着される層である。
【００４８】
第２の層７の材料としては、特に限定されないが、例えば、Ａｕ、Ｓｎ等が挙げられる。なかでも、第２の層７の材料は、Ａｕ及びＳｎのうち少なくとも一方であることが好ましい。この場合、第２の層７を溶融させることにより、光学素子等とより容易に接合することができ、より低温で接合することもできる。なお、第２の層７は、Ａｕ及びＳｎの合金により構成されていてもよい。また、Ａｕ及びＧｅの合金、Ａｕ及びＳｉの合金、Ｓｎ、Ａｇ及びＣｕの合金で構成されていてもよい。第２の層７には、上記例示した材料が９５％以上含まれていることが望ましい。もっとも、第２の層７には、密着性を阻害しない範囲において、不純物や添加物が含まれていてもよい。
【００４９】
第２の層７は、Ａｕ層とＳｎ層とが積層された積層体であってもよい。この場合、Ａｕ層とＳｎ層とが交互に積層されていてもよい。積層体における各層の積層数は、例えば、３層以上、２００層以下とすることができる。Ａｕ層とＳｎ層との間には、Ａｕ及びＳｎの合金層が形成されていてもよい。この場合、第２の層７を溶融させることにより、光学素子等とより容易に接合することができ、より低温で接合することもできる。
【００５０】
第２の層７の厚みは、特に限定されないが、例えば、１μｍ以上、３０μｍ以下とすることができる。
【００５１】
第２の層７の形成方法としては、特に限定されず、例えば、スパッタリング法や蒸着法により形成することができる。また、第２の層７は、めっき膜であってもよい。
【００５２】
第２の密着膜９は、例えば、パッケージ等と密着される密着膜である。第２の密着膜９としては、上述した第１の密着膜５と同じものを用いることができる。従って、第２の密着膜９は、上述した第１の層６及び第２の層７により構成されていてもよいし、第２の層７のみにより構成されていてもよい。
【００５３】
なお、後述するように、パッケージの内面には、Ａｕ膜が設けられる場合がある。従って、この場合、第２の密着膜９は、Ａｕを含んでいることが好ましい。また、Ａｕ層とＳｎ層とが積層された積層体である場合には、Ａｕ層が最外層であることが好ましい。これにより、パッケージとの接合力をより一層高めることができる。
【００５４】
（第２の実施形態）
図３は、本発明の第２の実施形態に係る膜付き基板を示す模式的断面図である。
【００５５】
図３に示すように、膜付き基板２１では、第１のめっき膜３が設けられていない。また、基板２の第２の主面２ｂ上に膜が設けられていない。その他の点は、第１の実施形態と同様である。
【００５６】
第２の実施形態のように、基板２と応力調整膜４との間には、第１のめっき膜３が設けられていなくてもよく、基板２の第２の主面２ｂ上に膜が設けられていなくてもよい。基板２の第１の主面２ａ及び第２の主面２ｂのうちの一方の主面上に、応力調整膜４が配置されていればよい。
【００５７】
また、第２の実施形態においても、基板２の第１の主面２ａ上に、応力調整膜４が設けられているので、膜付き基板２１全体に加わる反り量を低減するように調整することができる。そのため、膜付き基板２１においても、反りを抑制することができる。
【００５８】
［光学デバイス］
図４は、本発明の一実施形態に係る光学デバイスを示す模式的断面図である。図４に示すように、光学デバイス３１は、第１の実施形態の膜付き基板１と、光学素子３７と、プリズム３８と、パッケージ３２とを備える。パッケージ３２内には、膜付き基板１と、光学素子３７と、プリズム３８とが収容されている。
【００５９】
より具体的には、パッケージ３２は、底部３３と、底部３３上に配置された側壁部３４とを有する容器状の部材である。パッケージ３２は、例えば、セラミック材料により構成することができる。セラミック材料としては、例えば、アルミナや窒化アルミニウム等を用いることができる。なかでも、放熱性をより一層高める観点からは、窒化アルミニウムであることが好ましい。
【００６０】
底部３３は、実装面３３ａを有する。側壁部３４は、内面３４ａを有する。そして、底部３３の実装面３３ａ及び側壁部３４の内面３４ａには、金属膜３６が設けられている。
【００６１】
本実施形態では、実装面３３ａにおける金属膜３６上に、光学素子３７及びプリズム３８が配置されている。より具体的には、金属膜３６上に、膜付き基板１が設けられており、その上に光学素子３７が配置されている。この際、膜付き基板１の第２の主面２ｂ側が、金属膜３６に接合されている。一方、膜付き基板１の第１の主面２ａ側が、光学素子３７に接合されている。また、プリズム３８も、金属膜３６に接合されている。プリズム３８は、特に限定されないが、例えば、はんだ等により金属膜３６に接合することができる。
【００６２】
パッケージ３２は、金属膜３６を必ずしも有していなくてもよい。もっとも、パッケージ３２は、本実施形態のように金属膜３６を有していることが好ましい。このような構成は、特に、膜付き基板１やプリズム３８と、パッケージ３２との熱膨張率差が比較的大きい場合に有効である。
【００６３】
金属膜３６は、Ａｕ膜であることが好ましい。この場合、金属膜３６が酸化し難いことから、光学デバイス３１の製造に際し、膜付き基板１やプリズム３８と、パッケージ３２との間の接合力をより一層高めることができる。
【００６４】
なお、本実施形態では、底部３３における実装面３３ａの全面及び側壁部３４の内面３４ａの全面に、金属膜３６が設けられている。もっとも、金属膜３６は、少なくとも膜付き基板１及びプリズム３８が配置される部分に設けられていればよい。
【００６５】
パッケージ３２の側壁部３４上には、光学素子３７及びプリズム３８を封止するように、蓋体３５が設けられている。蓋体３５は、特に限定されないが、本実施形態ではガラス蓋である。
【００６６】
蓋体３５及び側壁部３４の接合方法は、特に限定されないが、例えば、ＡｕＳｎ、ＳｎＡｇ、ＳｎＡｇＣｕ等のはんだにより接合することができる。この場合には、接合後においてガスが生じないため、プリズム３８の反射膜３９に不純物が付着し難く、反射特性の劣化がより生じ難い。
【００６７】
本実施形態において、光学素子３７は、プリズム３８に光を出射する光源である。光源としては、特に限定されないが、例えば、ＬＤやＬＥＤ等を用いることができる。図４に示すように、光学素子３７から出射した光Ａは、プリズム３８において反射され、蓋体３５を通り、光学デバイス３１外に出射される。なお、光学素子３７は、プリズム３８からの光を受光する受光素子であってもよい。
【００６８】
光学デバイス３１では、光学素子３７のサブマウントとして、膜付き基板１が用いられている。また、膜付き基板１は、ヒートシンクを兼ねている。そのため、光学素子３７で発生した熱を、膜付き基板１を通して、パッケージ３２側へ効率よく放熱することができる。これについては、以下のように説明することができる。
【００６９】
ヒートシンクは、その製造時において焼成工程が設けられることが多い。そのため、デバイスの小型化を目的としてヒートシンクを薄型化すると、その焼成工程において反りが生じることがある。この状態で、ヒートシンクをパッケージに実装すると、隙間が生じ、パッケージへの放熱性が低下するという問題がある。
【００７０】
これに対して、本実施形態の光学デバイス３１では、ヒートシンクとして膜付き基板１を用いているので、上記のような反りを抑制することができる。そのため、パッケージ３２に膜付き基板１を実装しても、隙間が生じ難く、パッケージ３２への放熱性が低下し難い。よって、光学デバイス３１では、光学素子３７で発生した熱を、膜付き基板１を通して、パッケージ３２側へ効率よく放熱することが可能となる。また、光源である光学素子３７の高さ方向における位置ずれも抑制することができる。
【符号の説明】
【００７１】
１，１１，２１…膜付き基板
２，１２…基板
２ａ…第１の主面
２ｂ…第２の主面
３，１３…第１のめっき膜
４，１４…応力調整膜
５…第１の密着膜
６…第１の層
７…第２の層
８…第２のめっき膜
９…第２の密着膜
１０…ステージ
１１ａ…膜面
１１ｂ…第１の端部
１１ｃ…第２の端部
１１ｄ…非膜面
３１…光学デバイス
３２…パッケージ
３３…底部
３３ａ…実装面
３４…側壁部
３４ａ…内面
３５…蓋体
３６…金属膜
３７…光学素子
３８…プリズム
３９…反射膜
【図１】
2022002273.tif 000004
【図２】
2022002273.tif 000005
【図３】
2022002273.tif 000006
【図４】
2022002273.tif 000007