光学器件的制作方法

专利名称：光学器件的制作方法
技术领域：
本发明涉及ー种使形成了光波导路的光学元件接合到基板上的光学器件。
背景技术：
光学元件等中所形成的光波导路，是使用在光波导路部分和其外围之间的折射率差而将光局限在光波导路内、且将光导入到必要位置的结构体。光波导路中所使用的材料，折射率大，有时根据由温度引起的热膨胀或者热光学效应而会使其尺寸或者折射率等的特性发生变化。为此通常采用的对策是用于将光波导路的温度保持恒定。在形成了光波导路的光学元件、特别是在二次谐波发生元件中，使用了铌酸锂 (LiNbO3 :LN)、钽酸锂(LiTaO3 LT)等晶体材料，而且为了使在该晶体内具有波长变换功能，而实施了极化反转。该器件通过与激光二极管(LD)进行组合来使用的情况很多。极化反转周期根据要变换的波长来决定，当该极化反转周期在温度的影响下发生偏离时，波长的变换效率就会降低。因此，为了使光波导路的温度成为恒定，采用了温度控制的方法。例如如下述专利文献I所示，通过在光波导路上形成薄膜加热器且以该薄膜加热器对光波导路进行加热，从而控制为与周围的环境无关地使光波导路的温度成为恒定，从而防止二次谐波发生元件的波长的变换效率的降低。(现有技术文献)(专利文献)专利文献I :日本特开平11-326966号公报(第6页，图I)(发明概要)(发明所要解决的技术问题)但是，在上述的现有技术中，存在以下这样的问题。一般地，薄膜加热器由在光学元件上所形成的导电膜构成，通过将电流流到该导电膜且加热光波导路，来进行温度控制。因此，为了向薄膜加热器供给电流，而需要在光学元件上形成电极、且另外设置用干与该电极导通连接的布线。此外，光学元件被安装于基板等上而使用。因此，需要在光学元件上设置用于安装的区域。根据上述，在现有技术中，存在如下问题使用了高价晶体材料的光学元件的面积会变大。此外，在现有技术中，存在如下问题光学元件的安装、薄膜加热器的导通连接所用的エ序变得复杂。

发明内容
因此，本发明是为了解决上述技术问题提出的，其目的在于提供ー种光学器件，其通过消除光学元件上的冗余区域而使得能够小型化，同时能够简化制造エ序。(解决技术问题的技术手段)为了解决上述技术问题和实现上述目的，本发明的光学器件采用以下记载的构成。本发明的光学器件，是将形成了光波导路的光学元件与基板接合的光学器件，在与光学元件的基板对置的面上形成光波导路和用于加热光波导路的薄膜加热器，光学元件和基板通过由金属材料构成的第I接合部和第2接合部而接合，经由第I接合部和第2接合部，薄膜加热器与基板上的布线被导通连接。此外，第I接合部和第2接合部夹着光波导路而被定位。该第I及第2接合部成为光学器件和基板间之间的接合部位，并且成为用于给薄膜加热器供给电流的电连接点。而且，本发明的光学器件，除了上述的构成之外，其特征在于，还包括在薄膜加热器上所形成的第I电极和第2电极；以及在基板上所形成的第I金属布线和第2金属布线，使第I电极和第I金属布线接合而形成第I接合部，使第2电极和第2金属布线接合而形成第2接合部。
而且，本发明的光学器件，除了上述的构成之外，其特征在于，还包括多个第I电极；多个第2电极；多个第I金属布线；和多个第2金属布线,各个第I电极和各个第I金属布线分别接合而形成第I接合部，各个第2电极和各个第2金属布线分别接合而形成第2接合部。而且，本发明的光学器件，除了上述的构成之外，其特征还在于多个薄膜加热器被形成在光学兀件上，在各个薄膜加热器上形成了任何ー个第I电极和任何ー个第2电极。第I接合部和第2接合部各自I个部位，向薄膜加热器的电流供给会变成2个部位。因此，变成向薄膜加热器全体的电流供给，从而不能够向希望的位置进行电流供给。但是，通过具有多个接合部且从外部的规定位置供给电流，使得在希望的位置的温度控制变成可能。而且，本发明的光学器件，除了上述的构成之外，其特征还在于，用于形成本发明的光学器件的第I接合部和第2接合部的金属材料是Au。由于接合部是Au和Au之间的金属间接合，因此电导通变成可能。而且，本发明的光学器件，除了上述的构成之外，其特征还在于，本发明的光学器件的第I接合部和第2接合部具有微型凸块结构。通过成为该微型凸块结构，由于不是面的接触而是变成点的接触，因此在接合时金属间接合所需要的金属的洁净面容易出现，从而使得接合变得容易。本发明的光学器件，除了上述的构成之外，其特征还在于，通过接合部用表面活化接合来接合基板和光学元件。由于通过将该微型凸块面和对置的面以等离子体进行活化来进行接合，因此不是如Au-Sn间的接合那样通过施加热的接合方法，而使得在低温时的接合变成可能。而且，本发明的光学器件，除了上述的构成之外，其特征还在于，本发明的光学器件的薄膜加热器由透明电极形成。如果仅用作薄膜加热器的功能来考虑，则没有作为透明电极的必要性。但是，由于在薄膜加热器的附近具有使光被引导的波导路，因此这里在照射了如激光那样的强力的光的情况下，如果该薄膜加热器对光不是透明的话，则吸收光的能量，从而存在受到损伤的可能性。而且，本发明的光学器件，除了上述的构成之外，其特征还在于，本发明的光学器件的薄膜加热器由氧化铟锡(ITO)、或者氧化锌(ZnO)、氧化锡或者在这些氧化物中掺入杂质后的膜形成。
而且，本发明的光学器件，除了上述的构成之外，其特征还在于，本发明的光学器件中的光学元件是对用于引导光波导路的光进行波长变换的波长变换元件。例如作为ー个例子，还有如下情形使用近红外区域的波长的激光；作为波长变换元件而使用二次谐波发生(SHG :二次谐波发生)元件。而且，本发明的光学器件，其特征在干，在所述基板上，沿着所述光波导路的光轴方向，设置激光二极管、用于引导从所述激光二极管射出的光的光波导路、对用于引导所述光波导路的光进行波长变换的波长变换元件、以及光纤布拉格光栅，光学器件还包括由热传导性良好的材料构成的用于安装所述基板的基础基板，所述基础基板与安装了位于ー端侧的所述激光二极管的基板接合，并且在从所述波长变换元件到所述光纤布拉格光栅之间，在与所述基板之间形成空间部，位于另一端侧的所述光纤布拉格光栅的端部使用热传导性良好的支撑台来支撑所述基板。这样，通过仅将激光二极管所位于的部分的基板与基础基板接合，就能够将激光二极管的热有效地散热到基础基板。此外，在波长变换元件和光纤布拉格光栅下部形成空间部，从而难以受到激光二极管的热的 影响。而且，本发明的光学器件，其特征在于，所述波长变换元件上所设置的所述第I电极和所述第2电极，夹着所述光波导路，且分别位于所述波长变换元件的端部位置。根据该构成，能够增加对中央的光波导路的热电阻。而且，本发明的光学器件，其特征在于，在所述基板上，在设置所述第I金属布线和多个所述第2金属布线的部分上，形成规定高度的氧化膜，从而提高了所述基板和所述波长变换元件之间的空间高度。根据该构成，能够提高基板和光学元件之间的空间的高度，能够降低热传导性。而且，本发明的光学器件，其特征在于，在所述基板上，在设置所述第I金属布线和多个所述第2金属布线的部分上，设置将基板的材料加工成多孔状的部位，从而降低了热传导性。而且，本发明的光学器件，其特征在干，将所述第I电极和所述第2电极以沿着所述光波导路分割的方式设置多个，在被分割的所述第I电极之间和所述第2电极之间，设置由与所述第I电极和所述第2电极相同的材质构成的且与所述第I电极和所述第2电极电气绝缘的防侵入壁，通过所述防侵入壁，防止了在将所述波长变换元件固接在所述基板上时粘接剂向内部的侵入。根据该构成，尽管通过将第I电极和第2电极分割，从而使得与基板之间的接合面积减少，但是通过使用粘接剂而能够粘接光学元件，且防侵入壁会防止该粘接剂向内部的侵入。而且，本发明的光学器件，其特征在干，在所述基板的下表面上，形成了不贯通的多个沟槽。根据该构成，能够通过多个沟槽使基板的热电阻提高。而且，本发明的光学器件，其特征在干，在所述基板的下表面上，保留该基板的边部且开ロ形成了凹部。根据该构成，能够通过多个沟槽使基板的热电阻提高。而且，本发明的光学器件，其特征在干，所述波长变换元件具有沿着所述光波导路平行地设置的加热器；和从所述第I电极和所述第2电极起连接至所述加热器的导出部，所述第I电极、所述第2电极和所述导出部由相同的材质构成，将所述第I电极和所述第2电极用于所述基板的所述第I金属布线和所述第2金属布线之间的接合，并且兼用作所述加热器的电极。根据该构成，能够通过沿着光波导路设置加热器来对光波导路进行温度控制，而不需要単独地导出加热器的电极。(发明效果)本发明通过将基板和光学元件通过由金属材料构成的接合部进行接合、且经由该接合部使薄膜加热器导通连接，从而不需要另外设置导通连接用的布线，能够消除光学元件上的冗余区域而实现小型化，从而能够简化制造エ序。


图I是表示本发明实施例I的光学器件的构成的说明图。图2是表示本发明实施例2的光学器件的构成的说明图。图3是表示本发明实施例3的光学器件的构成的说明图。图4是表示本发明实施例4的光学器件的构成的正视图。图5是表不本发明实施例4的另一光学器件的构成的正视图。图6是表不本发明实施例4的另一光学器件的构成的正视图。图7-1是表示波长变换元件和基板之间的接合结构的侧视图。图7-2是表示波长变换元件和基板之间的接合结构的侧视图。图7-3是表示波长变换元件和基板之间的接合结构的侧视图。图8-1是表不本发明实施例5的光学器件的构成的侧视图。图8-2是图8-1所示的光学器件的俯视图。图8-3是表不实施例5的另一光学器件的构成的侧视图。图9-1是表示实施例6的光学器件的构成的正视图。图9_2是表不实施例6的另一光学器件的构成的正视图。图9_3是表不实施例6的另一光学器件的构成的正视图。图10-1是说明加热器的结构的平面图。图10-2是说明加热器的结构的侧视图。图10-3是表示极化反转用的电极的侧视图。图11-1是经由被分割的多个电极来检测加热器的施加电压的说明图。图11-2是经由被分割的多个电极来检测加热器的施加电压的说明图。
具体实施方式
下面，基于附图具体地说明用于实施本发明的方式。[实施例I:图I]首先，说明本发明实施例I的光学器件的构成。图I是表示本发明实施例I的光学器件20的构成的说明图。图1(a)是光学器件20的剖面图。图1(b)是光学器件20的平面图，表示从图1(a)的下方观察的状态。为了说明，在图1(b)中仅示出构成光学器件20的一部分的构件。此外，图1(a)示出由图1(b)的A-A’所示的部位的剖面。如图I所示，本发明实施例I的光学器件20，包括形成了用于引导光的光波导路8的光学元件6被接合到基板2上的构成。下面，详细说明各自的构成。如图I所示，光波导路8被形成在与光学元件6的基板2对置的面上。关于光波导路8，作为ー个例子，描述光学元件6由LiNbO3 (铌酸锂，LN)形成的情況。在该情况下，大多使用质子交换(PE Proton Exchange)法之类的方法。在该情况下，在将希望实施PE法的位置(形成光波导路的部位)预先进行了开ロ的状态下，通过使由LiNbO3构成的光学元件浸溃到焦磷酸中，从而在LiNb03中的Li和焦磷酸中的质子之间进行离子交換。通过在其后进行退火处理，使光学特性稳定化。该离子交換区域的形状由开ロ宽度或者退火处理时间等控制。这样形成的光波导路8与周围的LiNbO3相比，折射率变高，变成容易对光进行引导。此外，在该光学元件6是波长变换元件时，为了对作为基波而从元件的一端入射的光的波长进行变换，在光波导路8上形成了极化反转区域。所谓极化反转区域，就是形成使构成光学元件6的LiNbO3的极化状态在某个确定的周期相互呈180°的不同区域。该周期根据作为波长变换元件而使用的波长或者使用的温度环境等而设计，并且以大约几十微米的周期而形成。为了形成该区域，相对于自发极化而极化反转为180°的不同方向。尽管 有若干种进行极化反转的方法，但是作为代表已经知道有施加高电场而使极化方向反转的高电场施加法。此外，如图I所示，在形成了光波导路8的面上，形成透明导电膜作为薄膜加热器4。作为形成该薄膜加热器4的透明导电膜，作为ー个例子，能够使用氧化铟锡(ITO)膜。这里，通过对在光波导路8中引导的光以透明的导电膜形成薄膜加热器4，即使是激光等的强光引导在光波导路8中从而由该强光照射薄膜加热器4的情况下，也能够抑制由吸收该光引起的薄膜加热器4的损伤。作为形成薄膜加热器4的透明导电膜，除了氧化铟锡(ITO)膜之外，即使以氧化锌(ZnO)、氧化锡或者在这些氧化物中掺入杂质后的膜，也能够期待同样的效果。而且，如图I所示，在薄膜加热器4之上，还形成相对于波导路8位于ー侧的第I电极IOa和位于另一侧的第2电极10b。此外,在基板2上形成第I金属布线16a和第2金属布线16b。对于第I金属布线16a和第2金属布线16b,在与光学兀件6所形成的第I电极10a、第2电极IOb相应的位置上形成了微型凸块(micro-bump) 18。例如，将金(Au)作为材料来分别形成在光学元件6上所形成的第I电极IOa和第2电极IOb以及在基板2上所形成的第I金属布线16a和第2金属布线16b。将该金(Au)作为材料而形成的第I电极IOa和第2电极IOb以及第I金属布线16a和第2金属布线16b，例如通过常温活化接合而接合。该常温活化接合，是通过使第I金属布线16a和第2金属布线16b上的微型凸块18、以及第I电极IOa和第2电极IOb的表面暴露于氩(Ar)等离子体中进行活化，并且通过在低温下施加压力，将微型凸块18压毁，使洁净面露出，从而使各个微型凸块18与第I电极IOa及第2电极IOb进行金属间接合的接合方法。这里，如图I所示，由相对于波导路8位于ー侧的第I电极IOa和第I金属布线16a构成第I接合部12,由相对于波导路8位于另ー侧的第2电极IOb和第2金属布线16b构成第2接合部14。通过该第I接合部12和第2接合部14，光学元件6成为被接合到基板2上的状态。此时，由于第I接合部12和第2接合部14不位于波导路8的正下方而位于波导路8的两侧部，因此能够避免在常温活化接合时在波导路8上增加载重。此外，第I金属布线16a经由第I接合部12与薄膜加热器4电连接，第2金属布线16b经由第2接合部12与薄膜加热器4电连接。因此，通过在第I金属布线16a和第2金属布线16b之间流过电流，如图1(b)的施加电流27所示那样，在薄膜加热器4中流过电流而发热，该热传递到光波导路8而加热光波导路8，从而使温度控制变成可能。如上所述，本发明实施例I的光学器件20是通过由金属材料构成的第I接合部12和第2接合部14而将基板2和光学元件6进行接合，并且经由这些接合部而使薄膜加热器4导通连接的器件。由此，本发明实施例I的光学器件20由于不需要另外设置导通连接所用的布线，因此能够消除光学元件6上的冗余区域而实现小型化，同时能够简化制造エ序。[实施例2:图2]接着，说明本发明实施例2的光学器件的构成。图2是表示本发明实施例2的光学器件30的构成的说明图。图2(a)是光学器件30的剖面图。图2(b)是光学器件30的平面图，表示从图2(a)的下方观察的状态。为了说明，在图2(b)中仅示出构成光学器件30 的一部分的构件。此外，图2(a)示出由图2(b)的B-B’所示的部位的剖面。在图2中，对与实施例I相同的构成构件赋予相同的序号，省略重复的说明。本发明实施例2的光学器件30包括形成了用于引导光的光波导路8的光学元件6被接合到基板2的构成。对于实施例2的光学器件30,其在光学兀件6上所形成的电极和在基板2上所形成的金属布线与实施例I的光学器件20的不同。对于实施例2的光学器件30，在基板2上形成多个第I金属布线(在图2(b)所示的例子中，为第I金属布线16al、16a2、16a3)。此外,对于光学器件30,在基板2上形成多个第2金属布线(在图2 (b)所不的例子中，为第2金属布线16bl、16b2、16b3)。此外，如图2所示，对于光学器件30，在光学元件6的薄膜加热器4上形成多个第I电极(在图2(b)所示的例子中，为第I电极10al、10a2、10a3)。对于光学器件30，在光学元件6的薄膜加热器4上还形成多个第2电极(在图2(b)所示的例子中，为第2电极10bl、10b2、10b3)。对于第I金属布线16al、16a2、16a3和第2金属布线16bl、16b2、16b3,在与光学兀件6上所形成的第I电极10al、10a2、10a3和第2电极10bl、10b2、10b3相应的位置上形成了微型凸块18。第I 电极 10al、10a2、10a3、第 2 电极 10bl、10b2、10b3、第 I 金属布线 16al、16a2、16a3和第2金属布线16bl、16b2、16b3例如通过将金(Au)作为材料而形成,并且通过常温活化接合而如图2所示那样进行接合。由第I电极10al、10a2、10a3和第I金属布线16al、16a2、16a3构成第I接合部12，由第2电极10bl、10b2、10b3和第2金属布线16bl、16b2、16b3构成第2接合部14。通过该第I接合部12和第2接合部14，光学元件6成为被接合到基板2上的状态。此外，第I金属布线16al、16a2、16a3经由第I接合部12分别与薄膜加热器4电连接，第2金属布线16bl、16b2、16b3经由第2接合部14分别与薄膜加热器4电连接。通过这样进行构成，在实施例2的光学器件30中，使光波导路8的局部加热变成可能。例如，如图2(b)所示，通过在第I金属布线16al和第2金属布线16bl之间流过施加电流28a，从而使薄膜加热器4的区域22发热，光波导路8的该区域被重点加热。同样地，通过在第I金属布线16a2和第2金属布线16b2之间流过施加电流28b，光波导路8的区域24被重点加热，通过在第I金属布线16a3和第2金属布线16b3之间流过施加电流28c，光波导路8的区域26被重点加热。
此外，通过在全部的第I金属布线16al、16a2、16a3和全部的第2金属布线16bl、16b2、16b3之间流过施加电流28a，能够加热光波导路8的所有区域。而且，不是相邻的金属配置之间，而是在倾斜定位的金属布线之间，例如，在第I金属布线16al和第2金属布线16b2之间流过电流，也可以加热光波导路8的规定区域。这样，实施例2的光学器件30通过流过电流的金属布线的选择、组合，能够合适地进行光波导路8的局部加热。如图I和图2所示，通过光波导路8位于与基板2对置的ー侧且在该波导路8之上形成薄膜加热器4，与光波导路8被形成在与基板2相反一侧的构成相比，能够加大由基于薄膜加热器的光波导路8的加热引起的温度控制的效果。通过光波导路8位干与基板2对置的ー侧，能够将基板2的上表面设为基准来调整光学元件的高度。因此，在与激光二极管等其他的发光元件之间的光耦合中，能够容易地进行与发光元件之间的高度调整。[实施例3:图3] 接着，说明本发明实施例3的光学器件的构成。图3是表示本发明实施例3的光学器件40的构成的说明图。实施例3的光学器件40的剖面图由于变成与图2(a)所示的实施例2的光学器件30的剖面图相同，因此省略。图3是光学器件40的平面图，仅示出构成光学器件40的一部分构件。在图3中，对与实施例I、2相同的构成构件赋予相同的序号，省略重复的说明。实施例3的光学器件40具有形成了用于引导光的光波导路8的光学元件6被接合到基板2上的构成。对于实施例3的光学器件40，在光学元件6上所形成的薄膜加热器4的形状与实施例2的光学器件30的不同。对于实施例3的光学器件40，在基板2上，形成多个薄膜加热器(在图3所示的例子中，为薄膜加热器4a、4b、4c)。在各个薄膜加热器4a、4b、4c上分別形成用于形成第I接合部12的任何ー个第I电极IOa和用于形成第2接合部14的任何ー个第2电极10b。在图3所示的例子中，在薄膜加热器4a上形成第I电极IOal和第2电极10bl，在薄膜加热器4b上形成第I电极10a2和第2电极10b2，在薄膜加热器4c上形成第I电极10a3和第2电极10b3。根据上述，第I金属布线16al经由第I接合部12而与薄膜加热器4a电连接，第2金属布线16bl经由第2接合部14而与薄膜加热器4a电连接。同样地,第I金属布线16a2经由第I接合部12而与薄膜加热器4b电连接，第2金属布线16b2经由第2接合部14而与薄膜加热器4b电连接。第I金属布线16a3经由第I接合部12而与薄膜加热器4c电连接,第2金属布线16b3经由第2接合部14而与薄膜加热器4c电连接。在具有这样的构成的光学器件40中，例如，如图3所示，通过在第I金属布线16al和第2金属布线16bl之间流过电流，使施加电流28a仅在薄膜加热器4的区域22中流动而发热，从而仅加热光波导路8的该区域。同样地，通过在第I金属布线16a2和第2金属布线16b2之间流过电流，使施加电流28b仅在薄膜加热器4的区域24中流动而发热，从而 仅加热光波导路8的该区域。而且，通过在第I金属布线16a3和第2金属布线16b3之间流过电流，使施加电流28c仅在薄膜加热器4的区域26中流动而发热，从而仅加热光波导路8的区域26。此外,通过在全部的第I金属布线16al、16a2、16a3和全部的第2金属布线16bl、16b2、16b3之间流过施加电流28a，能够加热光波导路8的所有区域。这样，实施例3的光学器件40，通过形成多个薄膜加热器4a、4b、4c并且使各个薄膜加热器4a、4b、4c分别连接到不同的第I金属布线16a和第2金属布线16b,与实施例2的光学器件30相比较,能够可靠地进行光波导路8的局部加热。在上述的各个实施方式的说明中，示出了由PE法形成的光波导路的例子，但是即使使用不同的光波导路的形成方法，也能够期待同样的效果。例如，作为ー个例子，具有脊型光波导路。这就成为下述结构不是如PE法那样将LiNbO3的一部分进行高折射率化，而是加工LiNbO3自身来生成光波导路，通过利用LiNbO3和周围的空气之间的折射率差来对光进行引导。 [实施例4-1:图 4]接着，说明本发明实施例4的光学器件的构成。图4是表示本发明实施例4的光学器件50的构成的正视图。在实施例4中，说明光学元件的温度控制的构造。在基板2上作为多个光学兀件而安装了激光二极管(LD) 51、波长变换兀件(PPLN) 52、光纤布拉格光栅(FBG)53。如图示那样，在波长变换元件52的下部设置了上述薄膜加热器4。基板2例如由硅(Si)构成。该基板2被设置在热传导特性良好的金属制的基础基板55上。图4所示的温度控制，I)为了使波长变换元件52的波长和FBG53的变换波长ー致，而使基板2上的光学元件成为恒定温度。2)来自LD51的发热通过散热到外部而抑制到外部环境温度+5°C。3)通过波长变换元件52的部分的薄膜加热器4，直至最高环境温度+5 °C为止进行常温加热。因此，基础基板55在与基板2之间的接合上下了功夫。首先，安装了 LD51的基板2的部分历经LD51的长度LI被接合到基础基板55上。此外，从LD51起开头的部分、即设置了波长变换元件52和FBG53的基板2的部分历经长度L2而在与基础基板55之间形成空间部56以进行绝热。具体地，通过磨削等在基础基板55上形成凹部55a，不设置与基板2接合的位置。在FBG53的端部设置热传导性良好的支撑台57，用该支撑台57支撑FBG53。但是，该支撑台57不局限于根据热控制的设计而具有热传导性的支撑台，还可以使用具有绝热性的支撑台。根据上述的构成，LD51的发热从基板2直接被散热到基础基板55，或者只在基板2上的长度方向上传递。因此，在LD51的发热的过程中，基板2的长度方向(图中水平方向)的温度如图示那样具有温度梯度。例如，假设在环境温度为40°C吋，LD51通过散热而控制在45°C。此时，来自LD51的热在基板2的长度方向上传递，一点一点地使温度下降。此外，通过薄膜加热器4，始终进行加热控制使得波长变换元件52的部分变成45°C，并且补偿温度梯度。根据上述的温度控制的构造，能够以仅在基础基板55上形成凹部55a的简单结构，将基板2上的多个光学元件(LD51、波长变换元件52、FBG53)以预先确定的温度保持于恒定。[实施例4-2 图 5]接着，说明本发明实施例4的另一光学器件的构成。图5是表示本发明实施例4的另一光学器件50的构成的正视图。图5所示的光学器件的结构是与图4同样的，温度控制不同。在图5所示的温度控制中，
I)来自LD51的发热通过散热到外部而抑制到外部环境温度+5°C。2)进行控制使得波长变换元件52和FBG53的温度变成与LD+5°C相同。3)但是，以使FBG53的波长和波长变换元件52的变换波长一致的方式通过薄膜加热器4对波长变换元件52进行补正加热。以仅通过加热而使FBG53的波长和波长变换元件52的变换波长一致的方式，预先选择FBG53的波长。根据上述的温度控制的构造，能够以仅在基础基板55上形成凹部55a的简单结构，将基板2上的多个光学元件(LD51、波长变换元件52、FBG53)保持于恒定温度。此外，能够根据外部环境温度使光学器件50的温度变化。[实施例4-3:图6、图7-1 图7-3]接着，说明本发明实施例4的另一光学器件的构成。图6是表示本发明实施例4的另ー光学器件50A的构成的正视图。在图6所示的结构中，使LD51的发热尽可能地散热到外部。在图6的结构中，与图5所示的结构不同之点在于，在波长变换元件52和FBG53的·下部设置上述薄膜加热器4。基础基板55的下表面前面接合到处于环境温度的散热器58。因此，来自LD51的发热经由基板2而散热到散热器58，经由散热器58而散热到外部环境。此外，图7-1 图7-3分别是表示波长变换元件52和基板2之间的接合结构的侧视图。如这些图所示，在波长变换元件52的正下方和基板2之间形成空间部以进行绝热。通过这些图7-1 图7-3所示的结构，使得波长变换元件52在高温下保持于恒定温度。在图7-1所示的结构中，形成第I电极IOa和第I金属布线16a(第2电极IOb和第2金属布线16b)的高度Hl的空间部71。在图7-2所示的结构中，在基板2上，在形成第I金属布线16a、第2金属布线16b的位置上分別形成氧化膜72。由此，能够以氧化膜72的高度来提高形成空间部71的高度H2。在图7-3所示的结构中，在第I金属布线16a和第2金属布线16b之间的基板2上通过刻蚀等形成凹部74，能够以该凹部74的凹陷来提高形成空间部71的高度H3。通过这些的结构，变成能够提高空间部71的高度，并且能够与基板2(LD51)绝热。[实施例5:图8-1 图8-31接着，使用图8-1 图8-3来说明本发明实施例5的光学器件的构成。在实施例5中，对于波长变换元件52，设为用于增加对侧部(将光波导路8设为中央的两侧部)的热电阻Rw的构成。通过这些图8-1 图8-3所示的结构，使波长变换元件52在高温下保持于恒定温度。图8-1是表不本发明实施例5的光学器件80的构成的侧视图。如图不那样,将光学器件的固定部即第I电极IOa和第2电极IOb配置在波长变换元件52的两端部，使第I电极IOa和第2电极IOb之间的距离L变长。此外，降低形成波长变换元件52的高度H。由此，使与在中心所设置的光波导路8部分之间的热电阻增加，从而使光波导路8部分被热绝缘。图8-2是图8-1所示的光学器件80的俯视图。如图示那样，将波长变换元件52相对于基板2的接合部分进行分割。即，从上面观察，在沿着光波导路8的长度方向的方向上，部分地形成第I电极IOa和第2电极10b。在图示的例子中，将第I电极IOa和第2电极IOb形成为矩形形状，在光波导路8的长度方向上被分别分离，并且分别连接到基板2 —侧的第I金属布线16a和第2金属布线16b。通过将第I电极IOa和第2电极IOb进行分害I]，相对于基板2，減少了进行热传导的部位即接合部的面积。根据上述的结构，由于第I电极IOa和第2电极IOb相对于基板2的接合面积减少，因此使用低热传导性的粘接剂81在整个长度方向上使波长变换元件52的两端粘接到基板2。由此，能够补充波长变换元件52对基板2的固定強度。尽管第I电极IOa和第2电极IOb在波长变换元件52的长度方向上被分割，但是在被分割的多个第I电极IOa(多个第2电极IOb)之间分别设置由与这些第I电极IOa和第2电极IOb相同的金属材料(Au)构成的防侵入壁82。防侵入壁82自身以将各自进行电绝缘的状态而 与第I电极IOa和第2电极IOb同时通过刻蚀等形成。通过设置该防侵入壁82，能够防止粘接剂81向内部(图8-2所示的光波导路8方向)的侵入。该防侵入壁82为了不带来热影响，而要尽量薄地形成宽度W。作为实施例5的变形例，除了图8-1、图8-2所示的结构之外，还可以设为如下构成设置图7-2所示的氧化膜72、提高波长变换元件52和基板2之间的高度、且增加热电阻。图8-3是表示实施例5的另一光学器件80的构成的侧视图。在该图所示的构成中，将使硅被多孔状地微结晶化在由硅构成的基板2的上表面一侧的纳米晶体部83形成规定高度H (10微米左右)。在该纳米晶体部83上形成第I金属布线16a和第2金属布线16b。通过该纳米晶体部83，能够增加热电阻。[实施例6:图9-1 图9-3]接着，使用图9-1 图9-3来说明本发明实施例6的光学器件90的构成。在实施例6中，设为用于增加基板2的长度方向(光波导路8的光轴方向)的热电阻RL的构成。图9-1是表示实施例6的光学器件90的构成的正视图。在图9-1所示的结构中，与图6说明同样，安装了 LD51的基板2的部分历经LD51的长度LI被接合到基础基板55。从LD51起开头的部分即设置了波长变换元件52和FBG53的基板2的部分历经长度L2而在与基础基板55之间形成空间部56以进行绝热。在FBG53的端部设置热传导性良好的支撑台57，用支撑台57支撑FBG53。此外，在基板2的端部位置的基础基板55上，设置由热绝缘性材料构成的支撑部件91，以支撑基板2的端部。然后，基板2通过刻蚀等薄薄地形成。LD51部分从基板2经由基础基板55而直接散热到散热器58。但是，该支撑部件91不局限于根据热控制的设计而具有热传导性的部件，还可以使用具有绝热性的部件。图9-2是表不实施例6的另一光学器件90的构成的正视图。为了方便,仅不出基板2部分。在该基板2的下表面上，开ロ形成多个沟槽92。该沟槽92为了维持基板2的强度而以不贯通到基板2的上部的方式设置。沟槽92的开ロ能够成为圆形或者四边形等任意的形状。图9-3是表不实施例6的另一光学器件90的构成的正视图。在该基板2的下表面上，开ロ形成凹部93。该凹部93为了维持基板2的强度而保留基板的边部而挖空内部来设置。通过以上说明的图9-1 图9-3所示的构成，能够提高基板2的热电阻，能够将波长变换元件52在高温下保持于恒定温度。[实施例7 图 10-1、图 10-2]接着，说明本发明实施例7的光学器件100的构成。在实施例7中，说明用加热器对光波导路8的近前进行加热的构成。图10-1是说明加热器的结构的平面图，图10-2是说明加热器的结构的侧视图。由Au构成的第I电极IOa和第2电极IOb分割成多个而设置(參考图8-2)。并且，从该多个第I电极IOa —侧分别向着光波导路8设置相同的由Au构成的导出部101a，在导出部IOla的前端沿着光波导路8平行地设置由Au构成的加热器102a。同样地,从多个第2电极IOb —侧分别向着光波导路8设置由Au构成的导出部IOlb,在导出部IOlb的前端沿着光波导路8平行地设置由Au构成的加热器102b。尽管在上述构成中，设为将光波导路8设置在凸形状的脊部分上的构成，但是，光波导路8不限于设置在脊结构部分上。由于在上述构成中将导出部101a、IOlb形成为延长到脊部分的两侧部的凹部的位置，因此能够将加热器102a、102b接近光波导路8而配置，并且能够用加热器102a、102b直接加热光波导路8。上述构成是将波长变换元件52的电极即第I电极10a、第2电极IOb共用作加热器102a、102b的电极的构成，以电极的材质来构成加热器102a、102b，能够有效地在近前加热光波导路8，从而能够将光波导路8温度控制为恒定。此外，由于能够以相同的材质(例如Au)容易地构图第I电极10a、第2电极10b、导出部101a、101b、加热器102a、102b，且以 与接合的电极相同的材质来兼用加热器的功能，从而不需要単独地导出加热器102a、102b的电极。在该构图时，能够通过调整图案的尺寸而成为适合于例如5V等的脉冲宽度调制控制的电阻值。作为由上述的Au薄膜实现的加热器102a、102b的特性，例如，当假设长度L = 1mm、剖面面积A = 2微米X0. 5微米时,变成加热器电阻R=P L/A = 23. 5 Ω，Au的电阻率 P = 2. 35Xl(T8Qm,L = lXl(T3m,A = 2X0. 5Xl(T12m2。由此，当作为脉冲宽度调制而施加5V时，由于在235mA下变成I. 06W,因此导出部101a、101b的长度可以设为2mm左右。此外，图10-3是表示极化反转用的电极的侧视图。如图示那样，极化反转用的电极105的宽度不是设置在波长变换元件52的全部宽度上，而与光波导路8的脊部分对应设置为具有规定宽度W1。极化反转用的电极105由ITO膜形成。106是粘接层。由此，能够減少由ITO膜实现的在极化反转用的电极105部分的热传导。接着，图11-1、图11-2是经由被分别分割的多个电极来检测加热器的施加电压的说明图。使用上述多个第I电极10a、第2电极IOb以模块方式进行温度控制，但是此时的电极间的施加电压能够通过图示那样的一般的4端子法而正确地检测出。以多个第I电极IOa为例子进行说明。例如，如图11-1所示，在检测加热器102a2(R2)的施加电压时，通过该加热器102a2的ー对第I电极10a2、10a3来检测电压V。此时，只要从该ー对的电极10a2、10a3的两相邻电极IOal和10a4供给电流即可。同样地，如图11_2所示，在检测加热器102a3(R3)的施加电压时，通过该加热器102a3的ー对第I电极10a3、10a4来检测电压V。此时，只要从该ー对的电极10a3、10a4的两相邻电极10a2和10a5供给电流即可。(产业上的可利用性)由本发明实现的光学器件，由于是具有用来引导光的波导路且兼备以最小的安装面积进行安装和温度控制这两个功能的元件，因此能够适用于需要安装和温度控制的其他的元件，是使其尺寸小型化的结构。附图符号说明2 基板
4、4a、4b、4c 薄膜加热器6光学元件8光波导路10a、IOal、10a2、10a3 第 I 电极
10b、10bl、10b2、10b3 第 2 电极12第I接合部14第2接合部16a、16al、16a2、16a3 第 I 金属布线16b、16bl、16b2、16b3 第 2 金属布线18微型凸块20、30、40 光学器件22、24、26 区域27、28a、28b、28c 施加电流51 激光二极管(LD)52波长变换元件53光纤布拉格光栅(FBG)55基础基板55a 凹部56空间部57支撑台58散热器IOlaUOlb 导出部102a、102b 加热器
权利要求
1.ー种光学器件，是将形成了光波导路的光学元件与基板接合的光学器件，其特征在于， 在与所述光学元件的所述基板对置的面上形成所述光波导路和用于加热所述光波导路的薄膜加热器， 所述光学元件和所述基板，通过由金属材料构成的第I接合部和第2接合部而接合，经由所述第I接合部和所述第2接合部，所述薄膜加热器与所述基板上的布线被导通连接， 所述第I接合部和所述第2接合部，夹着所述光波导路而定位。
2.根据权利要求I所述的光学器件，其特征在于，包括 在所述薄膜加热器上所形成的第I电极和第2电极；以及 在所述基板上所形成的第I金属布线和第2金属布线， 使所述第I电极和所述第I金属布线接合而形成所述第I接合部， 使所述第2电极和所述第2金属布线接合而形成所述第2接合部。
3.根据权利要求2所述的光学器件，其特征在于，包括 多个所述第I电极；多个所述第2电极；多个所述第I金属布线；和多个所述第2金属布线， 各个所述第I电极和各个所述第I金属布线分别接合而形成所述第I接合部， 各个所述第2电极和各个所述第2金属布线分别接合而形成所述第2接合部。
4.根据权利要求2所述的光学器件，其特征在干， 多个所述薄膜加热器被形成在所述光学元件上， 在各个所述薄膜加热器上形成了任何一个所述第I电极和任何一个所述第2电极。
5.根据权利要求I所述的光学器件，其特征在干， 所述金属材料是Au。
6.根据权利要求I所述的光学器件，其特征在干， 所述接合部具有微型凸块结构。
7.根据权利要求I所述的光学器件，其特征在干， 通过所述接合部利用表面活化接合来接合所述基板和所述光学元件。
8.根据权利要求I所述的光学器件，其特征在干， 所述薄膜加热器由透明电极形成。
9.根据权利要求8所述的光学器件，其特征在干， 所述薄膜加热器由氧化铟锡(ITO)、或者氧化锌(ZnO)、氧化锡或者在这些氧化物中掺入杂质后的膜形成。
10.根据权利要求I所述的光学器件，其特征在干， 所述光学元件是对用于引导所述光波导路的光进行波长变换的波长变换元件。
11.根据权利要求I所述的光学器件，其特征在干， 在所述基板上，沿着所述光波导路的光轴方向，设置激光二极管、用于引导从所述激光二极管射出的光的光波导路、对用于引导所述光波导路的光进行波长变换的波长变换元件、以及光纤布拉格光栅， 所述光学器件还包括由热传导性良好的材料构成的用于安装所述基板的基础基板，所述基础基板与安装了位于一端侧的所述激光二极管的基板接合，并且在从所述波长变换元件到所述光纤布拉格光栅之间，在与所述基板之间形成空间部，位于另一端侧的所述光纤布拉格光栅的端部使用热传导性良好的支撑台来支撑所述基板。
12.根据权利要求10所述的光学器件，其特征在干， 所述波长变换元件上所设置的第I电极和第2电极，夹着所述光波导路，且分别位于所述波长变换元件的端部位置。
13.根据权利要求2所述的光学器件，其特征在干， 在所述基板上，在设置所述第I金属布线和多个所述第2金属布线的部分上形成规定高度的氧化膜，从而提高了所述基板和所述波长变换元件之间的空间高度。
14.根据权利要求2所述的光学器件，其特征在干， 在所述基板上，在设置所述第I金属布线和多个所述第2金属布线的部分上，设置将基板的材料加工成多孔状的部位，从而降低了热传导性。
15.根据权利要求13所述的光学器件，其特征在干， 将所述第I电极和所述第2电极以沿着所述光波导路分割的方式设置多个， 在被分割的所述第I电极之间和所述第2电极之间，设置由与所述第I电极和所述第2电极相同的材质构成且与所述第I电极和所述第2电极电绝缘的防侵入壁， 通过所述防侵入壁，防止了在将所述波长变换元件固接在所述基板上时粘接剂向内部的侵入。
16.根据权利要求I所述的光学器件，其特征在干， 在所述基板的下表面上，形成了不贯通的多个沟槽。
17.根据权利要求I所述的光学器件，其特征在干， 在所述基板的下表面上，保留该基板的边部且开ロ形成了凹部。
18.根据权利要求11所述的光学器件，其特征在干， 所述波长变换元件具有 沿着所述光波导路平行地设置的加热器；和 从第I电极和第2电极起连接至所述加热器的导出部， 所述第I电极、所述第2电极和所述导出部由相同的材质构成， 将所述第I电极和所述第2电极用于所述基板的第I金属布线和第2金属布线之间的接合，并且兼用作所述加热器的电极。
全文摘要
本发明的光学器件(20)是使形成了光波导路(8)的光学元件(6)接合到基板(2)的器件，特征在于，在与光学元件(6)的基板(2)对置的面上，形成光波导路(8)和用于加热光波导路(8)的薄膜加热器(4)，光学元件(6)和基板(2)通过由金属材料构成的第1接合部(12)和第2接合部(14)接合，经由第1接合部(12)和第2接合部(14)，薄膜加热器(4)与基板(2)上的布线导通连接。通过设为这样的构成，不需要另外设置导通连接用的布线，从而能够消除光学元件(6)上的冗余区域而实现小型化，且能够简化制造工序。
文档编号G02F1/01GK102667578SQ20108005299
公开日2012年9月12日 申请日期2010年11月24日 优先权日2009年11月25日
发明者泷泽亨, 野崎孝明, 阿部洋辅 申请人:西铁城控股株式会社