[发明专利]光学设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种以光学方式相互结合的多个光学器件相邻地搭载于单一基板上的光学设备。

背景技术

蓝色、绿色等短波长的激光光源，在激光投影仪和高密度光存储器等领域的被进行广泛开发。这种短波长激光光源是被称作SHG（Second Harmonic Generation：二次谐波）式的激光光源。SHG式的短波长激光光源将半导体激光器激发的基本波的红外线经由波长转换元件转换成二次谐波，从而输出蓝色或绿色等激光。

作为SHG式的短波长激光光源，已经开发出在硅基板上搭载有激光发射元件和波长转换元件的光学设备。例如特开平6-338650号公报（第0013段、图12等）已经公开过这种被人所熟知的光学设备。光学设备也被称为光学模块。

图4是作为SHG式的短波长激光光源的、以往的一种光学设备1（SHG设备）的外观立体图。

光学设备1具有板状的单一的硅基板10、以及作为光学器件的激光发射元件20和波长转换元件30。激光发射元件20和波长转换元件30相互之间以光学方式结合，并在硅基板10上相邻搭载。以光学方式结合的意思是：确定相互之间的位置关系，使得从一方的光学器件射出的光能够直接射入另一方的光学器件。

激光发射元件20是射出红外线等的芯片类型的半导体激光器。波长转换元件30为长板形状，内部具有如虚线所示的光波导管31。光波导管31包含作为主要成分的例如强磁性体单晶材料的LN（铌酸锂：LiNbO₃），并被添加有MgO。光波导管31在波长转换元件30的中心部沿较长方向形成。

光学设备1中，一旦从外部向激光发射元件20供给驱动电流的话，则激光发射元件20就会发射出作为基本波的红外线L1。红外线L1被射入波长转换元件30的光波导管31，从而被转换成高次谐波，然后射出绿色或者蓝色的激光L2。从波长转换元件30的光波导管31射出的激光L2，通过图中未示出的光纤等被传送至外部的光学系统。

通过图5和图6，对于制造这种光学设备时，在单一的硅基板10上搭载作为光学器件的激光发射元件20和波长转换元件30的方法概要进行说明。

图5是光学设备1的分解立体图。图6是沿图4中的VI-VI线的纵剖面的示意图。但是，因为没有必要表示出硅基板10和激光发射元件（LD）20及波长转换元件（PPLN）30内部构造，所以并没有显示其剖面。

硅基板10的表面如图5所示，形成有以搭载激光发射元件20和波长转换元件30为目的的接合部40、50。如图6所示，接合部40、50分别具有微凸块结构，该微凸块结构是按照规定的间距设置例如由金（Au）等金属材料构成的金属制的多个小突起的微凸块（以下仅称为“凸块”）41、51的结构。在图6中，为了使接合部40、50的微凸块结构明白易懂，对凸块41、51进行了夸大表示。

激光发射元件20和波长转换元件30的下表面与接合部40、50相对应的部分，如图6所示各自形成有呈带状的例如Au膜22、32的金属膜。但图5中并未显示出Au膜22、32。

并且，激光发射元件20被加压配置在接合部40上的规定位置。由此，激光发射元件20通过表面活性化接合与硅基板10接合。同样，波长转换元件30被加压配置在接合部50上的规定位置。由此，波长转换元件30，通过表面活性化接合与硅基板10接合。在这个实施例中，接合部50避开如图4显示的光波导管31的部分，形成两条平行的图案。

更加详细的说明如下：接合部40、50的凸块41、51和Au膜22、32在接合之前用氩等离子体洗净，使其各自的表面活性化。然后，激光发射元件20和波长转换元件30，通过图中未示出的加压工具分别被吸附，然后搭载于硅基板10的接合部40和接合部50上。然后，在不加热的常温下对其加载负荷（加压力）。由此，接合部40、50的凸块41、51的上表面分别与激光发射元件20的下表面的Au膜22以及波长转换元件30的下表面的Au膜32接触。通过上述方式41、51略微发生压溃，使之成为表面活性化接合。通过表面活性化接合，接合部40、50的凸块41、51的金属原子和分子与Au膜22、32的接合面附近的金属原子和分子相互向对方扩散，从而形成了坚固的扩散接合。

对于这样的光学设备，如果相互以光学方式结合的激光发射元件20和波长转换元件30的位置关系没有被高精度地调整成，光学结合就会不充分，从激光发射元件20发射出的红外线L1就不能高效率的射入波长转换元件30的光波导管31。因此，为了得到高输出功率的激光，激光发射元件20的射出光轴和波长转换元件30的射入光轴的调心极为重要。