特許 5693888 光デバイスおよびその製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5693888

(24)【登録日】2015年2月13日

(45)【発行日】2015年4月1日

(54)【発明の名称】光デバイスおよびその製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01S 5/024 20060101AFI20150312BHJP

【ＦＩ】

   H01S5/024

【請求項の数】11

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2010-169867(P2010-169867)

(22)【出願日】2010年7月28日

(65)【公開番号】特開2012-33582(P2012-33582A)

(43)【公開日】2012年2月16日

【審査請求日】2013年7月5日

(73)【特許権者】

【識別番号】000154325

【氏名又は名称】住友電工デバイス・イノベーション株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100087480

【弁理士】

【氏名又は名称】片山 修平

(72)【発明者】

【氏名】中澤 敬司

(72)【発明者】

【氏名】米谷 治雄

【審査官】 金高 敏康

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０９−０６８６３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−１７４２８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−１５１３９３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｓ ５／００ − ５／５０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１の厚みを有し部品搭載領域となる第１領域と、前記第１の厚みよりも大きい第２の厚みを有し、そこから端部までの間は部品が搭載されない部品非搭載領域となる前記第１領域に隣接した第２領域とを備えるキャリアと、
前記キャリアの第１領域にレーザ溶接によって搭載された第１光部品と、
上部に前記キャリアをロウ付けによって搭載する温度制御装置と、を備え、
前記第１光部品は、前記キャリアの第２領域の長手方向における両端がレーザ溶接されていることを特徴とする光デバイス。

【請求項2】

前記キャリアは、前記第１領域とは別の部品搭載領域となる第３領域をさらに備え、前記第３領域に第２光部品が搭載されてなることを特徴とする請求項１記載の光デバイス。

【請求項3】

前記第１領域および前記第２領域のそれぞれは、すべての領域で平坦であることを特徴とする請求項１または２記載の光デバイス。

【請求項4】

前記第１領域の光出力側に前記第２領域があることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項記載の光デバイス。

【請求項5】

前記レーザ溶接は、前記第１領域と前記第１光部品との境界にレーザが照射されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項記載の光デバイス。

【請求項6】

第１の厚みを有し部品搭載領域となる第１領域と、前記第１の厚みよりも大きい第２の厚みを有し、そこから端部までの間は部品が搭載されない部品非搭載領域となる前記第１領域に隣接した第２領域とを備えるキャリアを準備する第１工程と、
第１工程後に、前記キャリアをロウ付けによって温度制御装置上に搭載する第２工程と、
第２工程後に、前記キャリアの第１領域にレーザ溶接によって第１光部品を搭載する第３工程と、を含み、
前記第３工程は、前記キャリアの第２領域の長手方向における前記第１光部品の両端をレーザ溶接することを特徴とする光デバイスの製造方法。

【請求項7】

前記キャリアは、前記第１領域とは別の部品搭載領域となる第３領域をさらに備え、前記第３領域に第２光部品を搭載した後、前記第２工程を実施することを特徴とする請求項６記載の光デバイスの製造方法。

【請求項8】

前記第１領域および前記第２領域のそれぞれは、すべての領域で平坦であることを特徴とする請求項６または７記載の光デバイスの製造方法。

【請求項9】

前記第１領域の光出力側に前記第２領域があることを特徴とする請求項６から８のいずれか一項記載の光デバイスの製造方法。

【請求項10】

前記第３工程は、前記第１領域と前記第１光部品との境界にレーザを照射させてレーザ溶接することを特徴とする請求項６から９のいずれか一項記載の光デバイスの製造方法。

【請求項11】

前記温度制御装置は、上板と下板との間に複数のペルチェ素子を挟んだ構造を有することを特徴とする請求項６から１０のいずれか一項記載の光デバイスの製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光デバイスおよびその製造方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

光デバイスは、その信頼性を向上することが求められている。光デバイスは、温度制御装置によって各光学部品の温度を制御している。これにより、光学部品の光特性の安定化が図られる。温度制御装置を内蔵する光デバイスは、たとえば特許文献１に開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００７−１０１７００号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

温度制御装置は、複数のペルチェ素子を上板と下板とで挟んだ構造を備えており、機械的強度が比較的低い。光デバイスの信頼性を確保するためには、温度制御装置にかかる歪を低減することが必要である。

【0005】

本発明は、信頼性の高い光デバイスおよびその製造方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明に係る光デバイスは、第１の厚みを有し部品搭載領域となる第１領域と、前記第１の厚みよりも大きい第２の厚みを有し、そこから端部までの間は部品が搭載されない部品非搭載領域となる前記第１領域に隣接した第２領域とを備えるキャリアと、前記キャリアの第１領域にレーザ溶接によって搭載された第１光部品と、上部に前記キャリアをロウ付けによって搭載する温度制御装置と、を備え、前記第１光部品は、前記キャリアの第２領域の長手方向における両端がレーザ溶接されていることを特徴とするものである。本発明に係る光デバイスによれば、第２領域が第１領域よりも大きい厚みを有することから、第２領域の剛性が確保される。それにより、光デバイスの信頼性が向上する。

【0007】

前記キャリアは、前記第１領域とは別の部品搭載領域となる第３領域をさらに備え、前記第３領域に第２光部品が搭載されていてもよい。前記第１領域および前記第２領域のそれぞれは、すべての領域で平坦であってもよい。前記第１領域の光出力側に前記第２領域があってもよい。前記レーザ溶接は、前記第１領域と前記第１光部品との境界にレーザが照射されていてもよい。

【0008】

本発明に係る光デバイスの製造方法は、第１の厚みを有し部品搭載領域となる第１領域と、前記第１の厚みよりも大きい第２の厚みを有し、そこから端部までの間は部品が搭載されない部品非搭載領域となる前記第１領域に隣接した第２領域とを備えるキャリアを準備する第１工程と、第１工程後に、前記キャリアをロウ付けによって温度制御装置上に搭載する第２工程と、第２工程後に、前記キャリアの第１領域にレーザ溶接によって第１光部品を搭載する第３工程と、を含み、前記第３工程は、前記キャリアの第２領域の長手方向における前記第１光部品の両端をレーザ溶接することを特徴とするものである。本発明に係る光デバイスの製造方法によれば、第２領域が第１領域よりも大きい厚みを有することから、第２領域の剛性が確保される。それにより、光デバイスの信頼性が向上する。

【0009】

前記キャリアは、前記第１領域とは別の部品搭載領域となる第３領域をさらに備え、前記第３領域に第２光部品を搭載した後、前記第２工程を実施してもよい。前記第１領域および前記第２領域のそれぞれは、すべての領域で平坦であってもよい。前記第１領域の光出力側に前記第２領域があってもよい。前記第３工程は、前記第１領域と前記第１光部品との境界にレーザを照射させてレーザ溶接してもよい。前記温度制御装置は、上板と下板との間に複数のペルチェ素子を挟んだ構造を有していてもよい。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、温度制御装置にかかる歪が低減できるため、信頼性の高い光デバイスを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】比較例に係る光デバイスを説明するための図である。

【図2】発明の実施形態に係る光デバイスを説明するための図である。

【図3】発明の実施形態に係るキャリアを説明するための図である。

【図4】発明の実施形態に係るキャリアを説明するための図である。

【図5】発明の実施形態に係る組み立て工程を説明するための図である。

【図6】発明の実施形態に係る組み立て工程を説明するための図である。

【図7】発明の実施形態に係る組み立て工程を説明するための図である。

【図8】他の形態のキャリアを説明するための図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、本発明を実施するための最良の形態を説明する。まず、本発明に関する比較例を説明する。
（比較例）

【0013】

図１は、比較例に係る光デバイスの一例である光デバイス２００を示す図である。光デバイス２００は、パッケージ１０およびキャップ１１によって閉じられた空間内に、温度制御装置２０、キャリア３０、光アイソレータ４０、レンズ４１、サブキャリア４２、および半導体レーザ５０を備える。図１は、パッケージ１０を透過して、温度制御装置２０、キャリア３０、光アイソレータ４０、レンズ４１、サブキャリア４２、および半導体レーザ５０を示している。

【0014】

温度制御装置２０は、上板２０ａと下板２０ｃとで複数のペルチェ素子２０ｂを挟んだ構成を有する。キャリア３０は、温度制御装置２０上に配置されている。光アイソレータ４０、レンズ４１およびサブキャリア４２は、キャリア３０上に配置されている。半導体レーザ５０は、サブキャリア４２上に配置されている。半導体レーザ５０、レンズ４１、および光アイソレータ４０は、半導体レーザ５０の出力光がこの順で通過するように配置されている。また、パッケージ１０において、光アイソレータ４０からの光が出力される部位に、ガラス等の透明部材を有するフォルダ６０が設けられている。

【0015】

図１を参照して、比較例にかかるキャリア３０における、光出力方向の端部は光アイソレータ４０が搭載される領域の厚さと同じである。このため、キャリア３０の当該端部の剛性は比較的小さく、ストレスが掛かった場合、反りやすい。キャリア３０の反りは、温度制御装置２０にかかる歪を大きくするという問題がある。
（実施の形態）

【0016】

次に、本発明の実施の形態について説明する。図２は、実施の形態に係る光デバイス１００について説明するための図である。図２において図１と同じ部位には同じ符号を付与しており、その説明を省略する。図２は、パッケージ１０を透過して、温度制御装置２０、キャリア３０、光アイソレータ４０、レンズ４１、サブキャリア４２、および半導体レーザ５０を示している。光デバイス１００が図１の光デバイス２００と異なる点は、キャリア３０の形状である。図３および図４は、図２におけるキャリア３０を拡大して説明する図である。図３はキャリア３０の斜視図、図４はキャリア３０の側面図である。

【0017】

キャリア３０の本体は、たとえば鉄ニッケルコバルト合金（ＫＯＶＡＲ）で構成されている。キャリア３０は、第１領域３２、第２領域３１、第３領域３３に分けられる。第１領域３２は、第１光部品として、光アイソレータ４０が搭載される領域である。第２領域３１は、第１領域３２よりも厚みが大きい領域である。第２領域３１は、第１領域３２とキャリア３０における光出力方向の端部との間に位置しており、部品が搭載されない部品非搭載領域である。第３領域３３は、第２光学部品として、本実施の形態ではレンズ４１とサブキャリア４２上に搭載された半導体レーザ５０とが搭載される領域である。

【0018】

以上のように、本実施の形態による光デバイス１００では、キャリア３０に第１の厚みを有し部品搭載領域となる第１領域３２と、前記第１の厚みよりも大きい第２の厚みを有し、そこから端部までの間は部品が搭載されない部品非搭載領域となる第２領域３１が設けられている。

【0019】

キャリア３０の厚みは、そこに搭載される光部品の光軸の高さ方向を所定の目標に合わせることを考慮して決定される。したがって、第１領域３２の厚みの設計自由度は低く、比較的薄くなってしまう。一方、本実施の形態では、第１領域３２よりも大きな厚みを有する第２領域３１を設けたため、キャリア３０の端部における剛性が確保される。

【0020】

この第２領域３１は、部品が搭載されない部品非搭載領域であるため、その表面高さの制御を行う必要はなく、通常は図１で説明した比較例のように、第１領域３２と同じ厚さとされる部分である。本実施の形態によれば、キャリア３０の端部である第２領域３１の剛性が向上することから、キャリア３０の反りが抑制されて、温度制御装置２０にかかる歪を低減できるという効果を奏することができる。

【0021】

つぎに、本実施の形態に係る光デバイス１００の製造工程について説明する。図５〜７は、本実施の形態に係る光デバイス１００の製造工程を説明する図であり、図における番号は、図２〜４と同じものを付与している。

【0022】

図５を参照して、まず、キャリア３０に光部品を実装する。ここでは、光部品として、レンズ４１と、半導体レーザ５０を搭載したサブキャリア４２とが実装される。実装の際には、ＹＡＧレーザなどを用いたレーザ溶接あるいはロウ付けが採用される。この状態では、光アイソレータ４０は実装されない。これは続く温度制御装置２０へのキャリア３０の実装工程における熱で、光アイソレータ４０が損傷することを防止するためである。

【0023】

図６を参照して、パッケージ１０内に温度制御装置２０を実装した後、前記組み立てられたキャリア３０を実装する。この実装には、温度制御装置２０とキャリア３０との間の熱伝導を良好にするために、ロウ付けが採用される。ロウ材としては、たとえばＳｎＡｇＣｕ系材料を使用できる。ロウ付けの作業温度は、ロウ材の融点より高い温度であり、例えば２３０℃程度である。この時点では、光アイソレータ４０はキャリア３０上に搭載されていないため、比較的熱に弱い光アイソレータ４０の損傷が防止できる。

【0024】

つぎに、図７を参照して、キャリア３０に光アイソレータ４０を実装する。この実装にはたとえばＹＡＧレーザを使用したレーザ溶接が使用される。このレーザ溶接は、キャリア３０と光アイソレータ４０との境界にレーザを照射することで実施される。レーザ溶接においては局所的に温度上昇が生じるだけなので、光アイソレータ４０の熱的損傷は回避できる。ただし、レーザ溶接を実施することで、キャリア３０にはストレスが生じてしまう。

【0025】

比較例に示した構造のキャリア３０では、このストレスに起因して、キャリア３０が反ってしまう。キャリア３０と温度制御装置２０とは、前記したようにロウ付けされていることから、キャリア３０の反りによって、温度制御装置２０の上板２０ａも反ってしまう。これにより、温度制御装置２０に大きなストレスが生じて、信頼性が低下してしまうほか、最悪の場合は、温度制御装置２０を構成するペルチェ素子が上板から剥れて破壊されてしまう。

【0026】

一方、本実施の形態では、キャリア３０に第２領域３１として厚い領域を備えていることから、キャリア３０の端部における剛性が向上している。このため、キャリア３０の反りを抑制することができ、温度制御装置２０の信頼性低下あるいは破壊が防止できる。以上の工程の後、パッケージ１０をキャップ１１で封止することで、図２に示す光デバイス１００が完成する。

【0027】

なお、光アイソレータ４０のレーザ溶接の際に、互いに対向する両端にレーザを照射する場合、キャリア３０において当該レーザが照射される両端を結ぶ方向においてストレスが特に大きくなる。一方で、第２領域３１は、長手方向において高い剛性を発揮する。したがって、光アイソレータ４０のレーザ溶接の際に、光アイソレータ４０において第２領域３１の長手方向の両端にレーザを照射すれば、第２領域３１の剛性を有効に活用することができる。

【0028】

図１に示した比較例と、図２に示した本実施の形態とで、キャリア３０の反りの相違を調査した。本実施の形態については、上記した組み立て工程を経て完成したものであり、比較例については、上記した組み立て工程を踏襲し、キャリア３０についてのみ、比較例に示した構造を採用している点で異なっている。

【0029】

本実施の形態に係るキャリア３０の端部（第２領域３１）の厚みは１０００μｍ、光アイソレータ４０の搭載領域（第１領域３２）の厚みは５００μｍとした。また、比較例のキャリア３０の端部（光アイソレータ４０の搭載領域含む）の厚みは５００μｍとした。比較例および本実施の形態のいずれのキャリア３０も、本体材料は同じ鉄・ニッケル・コバルト合金（ＫＯＶＡＲ）を採用している。ＹＡＧレーザの照射条件は、本実施の形態および比較例ともに、パワー６．０Ｊ、照射時間２．０ｍｓであった。

【0030】

調査の結果、比較例では、溶接前と比べて、光アイソレータ４０の搭載領域を中心として、平均で１０μｍ程度の変形（反り）を生じていた。一方、本実施の形態では、溶接前と比べて、平均で４μｍ程度の変形しか生じていないことが確認できた。

【0031】

なお、本発明は上記実施の形態に限るものではなく、種々の変更をなし得る。キャリア３０の第２領域３１の厚みは、キャリアの端部において必要とされる剛性を確保できる範囲で任意に決定することができる。たとえば、前記した例では、キャリア３０の第２領域３１の厚みは、第１領域３２の２倍の厚みであったが、そのほか、たとえば、第１領域３２の１．５倍〜３倍程度であっても構わない。

【0032】

また、第２領域３１の存在により光軸が遮られる場合には、第２領域３１に切欠部を設けてもよい。図８は、キャリア３０の他の例について説明する図であり、図３と同じ部位には同じ番号を付している。図８に示すキャリア３０は、第２領域３１が第３領域３３よりも厚い形態を有している。図８に示すように、切欠部３４を備えていることにより、第２領域３１によって光軸が遮られることが防止できる。

【0033】

また、キャリア３０の第１領域３２に搭載される光部品、あるいはキャリア３０の第３領域３３に搭載される光部品としては、たとえばレンズ、エタロン、回折格子、受光素子などであってもよい。

【0034】

また、上記実施の形態のキャリア３０の第３領域３３は第１領域よりも厚みが大きいが、これは搭載する光部品の光軸やその他の設計的必要性から任意に決定することができる。たとえば、第１領域３２と同じか、あるいは小さい厚みであっても構わない。なお、第３領域３３の厚みが第１領域と同じか小さい厚みである場合には、第３領域３３側の端部の剛性が小さいことが懸念となることが考えられる。この場合、第２領域３１と同様に、第３領域３３よりも大きな厚みを有する部位を部品非搭載領域として設けても良い。さらに、キャリア３０の第３領域３３は、第２光部品を搭載するための領域であるため、必要なければこれを設けない構造であっても構わない。

【0035】

なお、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

【符号の説明】

【0036】

１０ パッケージ
１１ キャップ
２０ 温度制御装置
２０ａ 上板
２０ｂ ペルチェ素子
２０ｃ 下板
３０ キャリア
３１ 第２領域
３２ 第１領域
３３ 第３領域
４０ 光アイソレータ
４１ レンズ
４２ サブキャリア
５０ 半導体レーザ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】