特許 7302299 接合構造及び光デバイス

(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】

(24)【登録日】2023-06-26

(45)【発行日】2023-07-04

(54)【発明の名称】接合構造及び光デバイス

(51)【国際特許分類】

   H01S 5/0239 20210101AFI20230627BHJP

   H01S 5/02315 20210101ALI20230627BHJP

   H01S 5/024 20060101ALI20230627BHJP

   H01L 23/38 20060101ALI20230627BHJP

   G02B 7/00 20210101ALI20230627BHJP

   G02B 7/02 20210101ALI20230627BHJP

【ＦＩ】

H01S5/0239

H01S5/02315

H01S5/024

H01L23/38

G02B7/00 J

G02B7/02 A

【請求項の数】 12

(21)【出願番号】P 2019103055

(22)【出願日】2019-05-31

(65)【公開番号】P2020198353

(43)【公開日】2020-12-10

【審査請求日】2022-01-21

(73)【特許権者】

【識別番号】000002130

【氏名又は名称】住友電気工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100113435

【弁理士】

【氏名又は名称】黒木 義樹

(74)【代理人】

【識別番号】100136722

【弁理士】

【氏名又は名称】▲高▼木 邦夫

(74)【代理人】

【識別番号】100174399

【弁理士】

【氏名又は名称】寺澤 正太郎

(74)【代理人】

【識別番号】100176658

【弁理士】

【氏名又は名称】和田 謙一郎

(72)【発明者】

【氏名】中村 勇貴

(72)【発明者】

【氏名】京野 孝史

【審査官】淺見 一喜

(56)【参考文献】

【文献】特開２００３－３１８００２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－２１５３７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００３／０２３１６６６（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１７－１２６６１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－０２６４６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－２８２３４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１７／１９９５４１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１０－２１２４９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－３０８４４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－３４８１１５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｓ ５／００－５／５０

Ｇ０２Ｂ ６／４２

Ｇ０２Ｂ ７／００－７／０２

Ｈ０１Ｌ ２３／３８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

台部と、
前記台部に接合される光学部品と、
を備え、
前記台部は、
基板と、
前記基板に設けられる下地部材と、
を有し、
前記下地部材は、少なくとも前記基板と反対側の表面に酸化領域を有し、
前記光学部品は、接着剤で前記酸化領域に接着されており、
前記下地部材は、ブロック体であり、
前記ブロック体の厚さは、１００μｍ以上５００μｍ以下である、
接合構造。

【請求項2】

台部と、
前記台部に接合される光学部品と、
を備え、
前記台部は、
基板と、
前記基板の表面全体に設けられる下地部材と、
を有し、
前記下地部材は、前記基板と反対側の表面全体が酸化領域であり、
前記光学部品は、接着剤で前記酸化領域に接着されており、
前記下地部材の厚さは、５０ｎｍ以下である、
接合構造。

【請求項3】

台部と、
前記台部に接合される光学部品と、
を備え、
前記台部は、
基板と、
前記基板の表面全体に設けられる下地部材と、
を有し、
前記下地部材は、前記基板と反対側の表面全体が酸化領域であり、
前記光学部品は、接着剤で前記酸化領域に接着されており、
前記基板は、温度を調節する温調素子上に配置されており、
前記基板の材料は、セラミックまたは金属である、
接合構造。

【請求項4】

台部と、
前記台部に接合される光学部品と、
を備え、
前記台部は、
基板と、
前記基板の表面全体に設けられる下地部材と、
前記基板の裏面全体に設けられる裏面側下地部材と、
を有し、
前記下地部材は、少なくとも前記基板と反対側の表面に酸化領域を有し、
前記光学部品は、接着剤で前記酸化領域に接着されており、
前記裏面側下地部材の材料および厚さは、前記下地部材と同じであり、
前記下地部材の厚さは、５０ｎｍ以下である、
接合構造。

【請求項5】

台部と、
前記台部に接合される光学部品と、
を備え、
前記台部は、
基板と、
前記基板の表面全体に設けられる下地部材と、
前記基板の裏面全体に設けられる裏面側下地部材と、
を有し、
前記下地部材は、少なくとも前記基板と反対側の表面に酸化領域を有し、
前記光学部品は、接着剤で前記酸化領域に接着されており、
前記裏面側下地部材の材料および厚さは、前記下地部材と同じであり、
前記基板は、温度を調節する温調素子上に配置されており、
前記基板の材料は、セラミックまたは金属である、
接合構造。

【請求項6】

前記下地部材の形状は、直方体又は円柱である、
請求項１に記載の接合構造。

【請求項7】

前記下地部材の厚さは、５０ｎｍ以下である、
請求項３または請求項５に記載の接合構造。

【請求項8】

前記下地部材と前記基板とは、チタン又はニッケルを含む下地膜を介して接合されている、
請求項２、請求項４および請求項７のいずれか１項に記載の接合構造。

【請求項9】

前記下地部材は、酸化される材料を含み、
前記材料は、アルミニウム、銅、ニッケル若しくはシリコン、又は、アルミニウム、銅、ニッケル及びシリコンのうちのいずれかの合金である、
請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の接合構造。

【請求項10】

前記基板は、温度を調節する温調素子上に配置されている、
請求項１、請求項２、請求項４および請求項６のいずれか１項に記載の接合構造。

【請求項11】

前記基板の材料は、セラミックまたは金属である、
を有する、
請求項１０に記載の接合構造。

【請求項12】

請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載の接合構造を備える、
光デバイス。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、接合構造及び光デバイスに関する。

【背景技術】

【0002】

光デバイスとして、例えば特許文献１のＬＥＤ光源装置がある。ＬＥＤ光源装置は、各原色光を出射する複数のＬＥＤ素子（ＬＥＤ）の他、光学部品として複数のコリメーターレンズ群（レンズ）等を有する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１２－１４１４８３公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

光デバイスにおいて、ＬＥＤと、その他の光学部品（例えば、レンズ、フィルタなど）は、台部の一例である基板上に搭載される。この際、レンズ、フィルタといった光学部品は、接着剤（例えば紫外線硬化樹脂接着剤）によって基板に固定される。光学部品と接着剤との接合は比較的強固である。一方、基板表面には、金メッキが施される場合がある。このように、基板表面に金メッキが施されていると、接着剤は、金メッキと接する。金メッキと接着剤の結合は比較的弱いため、台部（基板）と光学部品との接合構造に、一定の荷重が生じると、接着剤と台部との間で界面破壊が生じやすかった。そのため、上記接合構造の接着信頼性が低下していた。

【0005】

そこで、本発明は、高い接着信頼性を実現可能な接合構造及びそれを含む光デバイス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】

本発明の一形態に係る接合構造は、台部と、上記台部に接合される光学部品と、を備える。上記台部は、基板と、上記基板に設けられる下地部材と、を有する。上記下地部材は、少なくとも上記基板と反対側の表面に酸化領域を有する。上記光学部品は、接着剤で上記酸化領域に接着されている。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、高い接着信頼性を実現可能な接合構造及びそれを含む光デバイスを提供する提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１は、一実施形態に係る接合構造を含む光デバイスの一例を示す模式図である。

【図2】図２は、接合構造の変形例を説明するための模式図である。

【図3】図３は、接合構造の他の変形例を説明するための模式図である。

【図4】図４は、接合構造の更に他の変形例を説明するための模式図である。

【図5】図５は、実験例で使用した台部のサンプルの模式図である。

【図6】図６は、実験例における実験方法を説明するための図面である。

【図7】図７は、下地部材を有さない台部のサンプルを使用した場合の実験結果を示す図面である。

【図8】図８は、下地部材としてＡｌ膜を有する台部のサンプルを使用した場合の実験結果を示す図面である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

［本開示の実施形態の説明］
最初に、本開示の実施形態の内容を列記して説明する。

【0010】

本開示の一側面に係る接合構造は、台部と、上記台部に接合される光学部品と、を備える。上記台部は、基板と、上記基板に設けられる下地部材と、を有する。上記下地部材は、上記基板と反対側の表面に酸化領域を有する。上記光学部品は、接着剤で上記酸化領域に接着されている。

【0011】

上記接合構造では、光学部品は、接着剤で上記酸化領域に接着されることによって、台部に接合されている。接着剤は下地部材の酸化領域に接する。よって、接着剤と下地部材との接合が安定する。その結果、接合構造では、高い接着信頼性を実現できる。

【0012】

上記下地部材は、酸化される材料を含んでよい。上記材料として、例えば、アルミニウム、銅、ニッケル若しくはシリコン、又は、アルミニウム、銅、ニッケル及びシリコンのうちのいずれかの合金が挙げられる。これらの酸化領域は、強力な接合を提供し易い。特にアルミニウム又はシリコンは、緻密な酸化領域を安価に形成し易い。

【0013】

上記基板は、温度を調節する温調素子上に配置されていてもよい。この場合、例えば接合構造の周囲温度などが上昇しても、基板及び基板上の構成の温度を調整可能である。これによって、下地部材、接着剤等に生じる熱応力を低減できるので、接合構造が破壊されにくい。そのため、接合構造は、高い接着信頼性を実現し易い。

【0014】

上記基板の材料の例は、セラミックである。温調素子において基板と接する部分は、通常、セラミックである。よって、基板の材料がセラミックであれば、温調素子及び基板のうち互いに接する部分の線膨張係数の差が小さい。その結果、例えば接合構造の周囲温度が上昇しても、基板、温調素子、およびこれらの接合などが破壊され難い。

【0015】

上記下地部材の厚さは、５０ｎｍ以下であってもよい。このように下地部材の厚さが薄いと、基板と下地部材の線膨張係数差に起因する熱応力が小さくなり、例えば基板の反りを低減可能である。

【0016】

上記下地部材と上記基板とは、チタン又はニッケルを含む下地膜を介して接合されていてもよい。この場合、下地部材と基板との接合が強固になる。

【0017】

上記下地部材は、上記基板の表面全体に設けられていてもよい。この構成では、例えば下地部材を蒸着法で形成する場合、蒸着工程の加工コストを低減できる。基板の表面全体に下地部材を設ける場合には、下地部材を蒸着法以外の他の方法（例えばメッキ法）でも形成できる。そのため、下地部材の形成方法の選択肢が広がる。

【0018】

上記下地部材は、ブロック体であり、上記ブロック体の厚さは、１００μｍ以上５００μｍ以下であってもよい。下地部材がブロック体である場合、例えば、加工コストを低減しながら下地部材を用意し易い。厚さが上記範囲であれば、下地部材をハンドリングし易い。

【0019】

上記下地部材の形状の例は、直方体又は円柱である。下地部材の形状が直方体である場合、下地部材を準備するための加工コストを低減できる。下地部材の形状が円柱である場合、接着剤に生じる熱応力の均一性が向上するので、接着剤の変形を防止できる。

【0020】

本開示の他の側面に係る光デバイスは、上記接合構造を備える。前述したように、上記接合構造は、高い接着信頼性を実現可能である。そのため、上記接合構造を備える光デバイスも高い接着信頼性を実現可能であり、その結果、光デバイスの信頼性が向上する。

【0021】

［本開示の実施形態の詳細］
本開示の実施形態の具体例を、以下に図面を用いて説明する。本開示はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。説明中、「上」、「下」等の方向を示す語は、図面に示された状態に基づいた便宜的な語である。図面の寸法比率は、説明のものと必ずしも一致していない。

【0022】

図１に示した光デバイス４は、台部６及びレンズ（光学部品）８の接合構造２Ａと、レーザダイオード（ＬＤ）１０と、を備える。光デバイス４の例は、光源装置である。光デバイス４は、例えば車両などに搭載される車載装置である。

【0023】

［接合構造］
接合構造２Ａは、台部６とレンズ８とを有し、台部６とレンズ８は接着剤で接合されている。よって、接合構造２Ａは、台部６とレンズ８との間に、上記接着剤で形成された接着剤層１２を有する。台部６は、基板１４と下地部材１６を含む。

【0024】

＜基板＞
基板１４は、レンズ８及びＬＤ１０を支持する部材である。基板１４の材料の例は、セラミック又は金属である。上記セラミックの例は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）又は酸化アルミニウム（アルミナ）である。金属の例は、銅、銅合金、鉄、鉄合金、ニッケル、又はニッケル合金（例えばコバール）であり、基板１４の材料は下地部材１６とは異なる材料から選択される。基板１４の厚さの例は０．６ｍｍである。

【0025】

＜電子冷却モジュール（温調素子）＞
基板１４は、温度を調節する温調素子である電子冷却モジュール１８上に設けられていてもよい。電子冷却モジュール１８は、台部６の一部であってもよい。電子冷却モジュール１８は、図１に示したように、第１セラミック板２０と、第２セラミック板２２と、複数のｎ型半導体柱２４及びｐ型半導体柱２６を有する。電子冷却モジュール１８の例はペルチェ素子である。

【0026】

第１セラミック板２０と第２セラミック板２２は、複数のｎ型半導体柱２４及びｐ型半導体柱２６を挟んでいる。第１セラミック板２０と第２セラミック板２２の材料は、アルミナである。複数のｎ型半導体柱２４及びｐ型半導体柱２６は、第１セラミック板２０及び第２セラミック板２２それぞれに設けられた電極２８に接続されている。ｎ型半導体柱２４及びｐ型半導体柱２６は、電子冷却モジュール１８の機能を実現するように配置されていればよい。

【0027】

基板１４は、第１セラミック板２０に搭載されている。基板１４は、例えば銀（Ａｇ）ペーストで第１セラミック板２０に接合される。

【0028】

＜下地部材＞
下地部材１６は、基板１４が有する表面１４ａにおいてレンズ８が搭載される搭載領域Ａに設けられている。図１に示したように、下地部材１６は、表面１４ａ（レンズ８側の面）全体に設けられていてもよい。図１では、下地部材１６の説明のために、下地部材１６の一部を切り欠いている。

【0029】

下地部材１６は、少なくとも基板１４と反対側（レンズ８側）の表面１６１に酸化領域を有する。下地部材１６は、レンズ８側に酸化被膜（酸化領域）を有してもよいし、又は、下地部材１６全体が酸化領域であってもよい。下地部材１６は、空気中で酸化される材料を含む。以下、説明の便宜のため、「酸化される材料」を材料αと称す。材料αの例は、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）若しくはシリコン（Ｓｉ）の単体、又はいずれかの合金である。

【0030】

本実施形態では、上記酸化領域として酸化被膜１６ａを有する下地部材１６を説明する。酸化被膜１６ａは、材料αが酸化されることで形成された膜である。この場合、下地部材１６は、材料αで形成された本体部１６ｂと、本体部１６ｂを覆う酸化被膜１６ａを有し得る。この場合、酸化被膜１６ａの表面（レンズ８側の面）が下地部材１６の表面１６１でもある。

【0031】

下地部材１６は薄膜である。下地部材１６の厚さｔ１は、例えば５０ｎｍ以下である。通常、厚さｔ１は、２０ｎｍ以上である。

【0032】

下地部材１６は、例えば、蒸着（例えば電子ビーム蒸着）により形成され得る。具体的には、真空装置内で、基板１４上に、蒸着によって材料αの薄膜を形成する。蒸着済みの基板１４を真空装置から取り出し、ＵＶオゾン処理、酸素含有雰囲気でのベーキング又は空気中に一定時間放置することによって、上記薄膜の表面が酸化する。これにより、薄膜の表面に酸化被膜１６ａが形成され、その結果、下地部材１６が得られる。

【0033】

レンズ８は、ＬＤ１０と光学的に結合されている。レンズ８は、ＬＤ１０からのレーザ光Ｌを、例えば、収束光、発散光又は平行光などに変換する。本実施形態では、レンズ８の材料はガラス及び樹脂を含む。レンズ８は、例えば、レンズ８の材料（ガラスまたは樹脂）をモールド成形することによって形成され得る。

【0034】

接着剤層１２は、レンズ８と下地部材１６とを接着する接着剤で形成された層である。接着剤の例は、樹脂系接着剤である。樹脂系接着剤の例は、エポキシ系接着剤又はアクリル系接着剤である。接着剤は、エネルギー線硬化型樹脂接着剤（例えば、紫外線（ＵＶ）硬化樹脂接着剤）であってもよい。エネルギー線硬化型の接着剤では、例えばＬＤ１０に対してレンズ８の位置調整をした後に、接着剤を硬化することによって、レンズ８を台部６に接合可能である。接着剤層１２の厚さの例は、２０μｍ～８０μｍであり、例えば、５０μｍである。

【0035】

［ＬＤ］
ＬＤ１０は、レーザ光Ｌを出力する。ＬＤ１０は、チップ型、ＣＡＮ型及び表面実装パッケージ型のいずれでもよい。レーザ光Ｌの波長帯域は、光デバイス４の用途に応じたものであればよい。例えば、レーザ光Ｌの波長帯域は、赤色波長帯域、緑色波長帯域又は青色波長帯域である。本実施形態では、ＬＤ１０は、その光軸とレンズ８の光軸が一致するように配置されている。

【0036】

ＬＤ１０は、支持台３０及び中間板３２を介して基板１４に搭載されている。具体的には、ＬＤ１０は、例えば導電性接着剤によって中間板３２に固定されている。導電性接着剤の例は、銀（Ａｇ）ペースト又は半田である（以下、同様である）。支持台３０及び中間板３２の厚さは、基板１４の表面１４ａに対するＬＤ１０の光軸が、所望の高さを有する厚さであればよい。本実施形態では、例えば、支持台３０及び中間板３２は、レンズ８の光軸とＬＤ１０の光軸とが一致する厚さを有する。

【0037】

支持台３０の材料は、例えば基板１４の材料と同じである。支持台３０は、例えば導電性接着剤によって基板１４に固定されている。図１に示したように、基板１４の表面１４ａ全体に下地部材１６が形成されている場合には、下地部材１６に支持台３０が固定されていればよい。

【0038】

中間板３２の材料の例は、ＬＤ１０の半導体材料と熱膨張係数が近い材料（例えば、ＡｌＮ、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、シリコン（Ｓｉ）、ダイヤモンドなど）である。中間板３２の材料は支持台３０の材料と同じでもよい。中間板３２は例えば導電性接着剤によって支持台３０に固定されている。

【0039】

光デバイス４は、中間板３２を有しなくてもよい。この場合、ＬＤ１０は、支持台３０に固定される。支持台３０は、基板１４の一部でもよい。この場合、支持台３０の表面に下地部材１６が形成されていてもよい。支持台３０の材料は、中間板３２の説明で例示した材料であってもよい。

【0040】

上記光デバイス４では、ＬＤ１０がレーザ光Ｌを出力すると、レーザ光Ｌは、レンズ８に入射する。レンズ８に入射したレーザ光Ｌは、レンズ８の機能に応じて、収束光、平行光または拡散光としてレンズ８から出力される。

【0041】

光デバイス４が有する接合構造２Ａでは、下地部材１６は、レンズ８側に酸化被膜（酸化領域）１６ａを有しており、レンズ８は接着剤層１２を介して下地部材１６の酸化被膜１６ａに接着されている。これによって、レンズ８は、台部６に接合されている。接合構造２Ａでは、酸化被膜１６ａと接着剤層１２が接する。そのため、下地部材１６と接着剤層１２との接合強度が高くなる。一方、レンズ８の材料はガラスまたは樹脂であるため、レンズ８と接着剤層１２の接合強度も高い。

【0042】

このような接合構造２Ａでは、接合構造２Ａの破壊試験を行った場合に界面破壊ではなく凝集破壊になりやすい。例えば、第１の部材と第２の部材が接着剤で接着された接合構造に荷重が印加され、第１及び第２の部材の接合が破断する時の上記荷重のバラツキは、凝集破壊の方が界面破壊より小さい。そのため、接合構造２Ａでは、高い接着信頼性（又は接着安定性）を実現可能であり、その結果、光デバイス４の信頼性が向上する。更に、レンズ８のような光学部品を有する光デバイス４では、光学部品（本実施形態ではレンズ８）のＬＤ１０に対する適切な空間的な配置の維持が、光学系の性能を維持するために重要であるが、接合構造２Ａでは、上記のように信頼性が向上するため、さまざまな環境下でも光学系の性能を維持し易い。

【0043】

凝集破壊では、界面破壊より上記荷重のバラツキが小さいことから、接着剤層１２によるレンズ８と台部６との接合が破壊される場合の最小荷重が界面破壊の場合より大きい。そのため、接合構造２Ａでは、接着強度が高く且つ破壊自体が生じにくい。

【0044】

凝集破壊では、接着剤層１２の内部で破壊が生じる。そのため、レンズ８と台部６との接着強度は、接着剤層１２を形成する接着剤の特性で調整できる。よって、接合構造２Ａでは、高い接着信頼性を実現し易い。

【0045】

下地部材１６が有する材料αが、アルミニウム、銅、ニッケル若しくはシリコン、又は、アルミニウム、銅、ニッケル及びシリコンのうちのいずれかの合金である場合、酸化被膜１６ａを有する下地部材１６の材料コストを低減できる。その結果、接合構造２Ａ及びそれを含む光デバイス４の製造コストを低減可能である。特に、アルミニウム又はシリコンは、緻密な酸化被膜を安価に形成し易い。材料αがアルミニウム、銅、ニッケル若しくはシリコン、又は、いずれかの合金である場合、それらの酸化被膜は接着剤層１２と強力な接合を実現し易い。材料αが酸化被膜１６ａとして不動態被膜を形成する金属である場合（例えば、アルミニウム、アルミニウム合金など）、下地部材１６と接着剤層１２とより強力な接合を実現し易い。

【0046】

接合構造２Ａ又は光デバイス４が電子冷却モジュール１８を備えている場合、ＬＤ１０の温度を調整できる。そのため、ＬＤ１０が駆動されることによって、ＬＤ１０が発熱しても、ＬＤ１０から安定して所望の波長帯域のレーザ光Ｌを出力可能である。電子冷却モジュール１８によって、接合構造２Ａの温度も調整され得る。そのため、ＬＤ１０が発熱したり、周囲温度が上昇したりしても、接合構造２Ａ（具体的には、基板１４及び基板１４上の構成）の温度を所望の温度に調整可能である。これにより、接着剤層１２に生じる熱応力などを低減できるので、接着剤層１２が破壊されにくい。

【0047】

基板１４の材料が、セラミック（例えば線膨張係数が５ｐｐｍ／ＫであるＡｌＮ）である場合、図１に示したように、基板１４が電子冷却モジュール１８の第１セラミック板２０（例えば、線膨張係数が７ｐｐｍ／Ｋであるアルミナから形成された板）上に配置されている場合に有利である。これは以下の理由による。

【0048】

すなわち、基板１４の材料がセラミックである場合、基板１４の第１セラミック板２０との線膨張係数の差が小さい。そのため、接合構造２Ａの周囲環境の温度が上昇したり、光デバイス４が駆動され接合構造２Ａの温度が上昇しても、基板１４又は第１セラミック板２０に生じる熱応力が小さく、基板１４、第１セラミック板２０又は接着剤層１２が破壊されにくい。

【0049】

下地部材１６が、例えば厚さｔ１が５０ｎｍ以下の薄膜である場合、基板１４と下地部材１６の線膨張係数差に起因する熱応力が小さくなりやすい。その結果、基板１４の反りを低減可能である。下地部材１６が表面１４ａ全体に形成されている形態では、例えば下地部材１６を蒸着法で形成する場合、蒸着工程の加工コストを低減できる。表面１４ａ全体に下地部材１６を設ける場合には、下地部材１６を蒸着法以外の他の方法（例えばメッキ法）でも形成できる。そのため、下地部材１６の形成方法の選択肢が広がる。

【0050】

次に、接合構造２Ａ及び光デバイス４の種々の変形例を説明する。以下に説明する接合構造２Ａの変形例は、断らない限り、接合構造２Ａと同様の作用効果を有する。変形例は、接合構造２Ａの代わりに光デバイス４に適用可能である。変形例を光デバイス４に適用されて得られる光デバイスも、断らない限り、光デバイス４と同様の作用効果を有する。各種変形例においても、下地部材は、その全体が酸化領域でもよいが、酸化領域として酸化被膜を有する形態を説明する。

【0051】

（変形例１）
本開示に係る接合構造は、図２に示した接合構造２Ｂでもよい。接合構造２Ｂは、下地部材１６と基板１４との間に下地膜３４を備える点で主に相違する。この相違点を中心に、接合構造２Ｂを説明する。

【0052】

下地膜３４はチタン又はニッケルを含む膜である。下地膜３４の例は、チタン膜又はニッケル膜である。下地膜３４の厚さは、例えば３０ｎｍ以下であり、通常、５ｎｍ以上である。下地膜３４は、例えば、下地部材１６と同様に蒸着により形成される。下地部材１６が下地膜３４を介して基板１４に設けられることによって、下地部材１６と基板１４とがより強固に接合される。その結果、下地部材１６と基板１４との接合部分も信頼性が向上し、結果として、接合構造２Ａの信頼性が向上する。下地膜３４は、下地部材１６の一部（下地部材１６の基板１４側に設けられた膜）でもよいし、基板１４の一部でもよい。

【0053】

下地部材１６は、本変形例１でも薄膜であり、下地部材１６の厚さの例は、接合構造２Ａの場合と同様である。下地部材１６は、図２に示したように、実質的に搭載領域Ａにのみ設けられていればよい。この場合、表面１４ａ全体に設けるより、下地部材１６の材料コストを低減できる。

【0054】

（変形例２）
本開示に係る接合構造は、図３に示した接合構造２Ｃでもよい、接合構造２Ｃは、基板１４の裏面１４ｂ（表面１４ａと反対側の面）にも下地部材３６が形成されている点で、接合構造２Ａと相違する。この相違点を中心に、接合構造２Ｃを説明する。

【0055】

下地部材３６の材料及び厚さは、下地部材１６と同じであり得る。よって、下地部材３６の表面３６１には、酸化被膜（酸化領域）が形成されている。基板１４の厚さ方向からみて、下地部材３６は、下地部材１６と重なる位置に形成され得る。下地部材１６が、表面１４ａ全体に形成されている場合、下地部材３６は、裏面１４ｂの全体に形成されていてもよい。図３に示したように、下地部材１６の大きさは、裏面１４ｂより若干小さくてもよい。接合構造２Ｃでは、基板１４の表面１４ａ及び裏面１４ｂ側の構成がほぼ同じになるため、基板１４に熱応力が生じても台部６が反りにくい。

【0056】

（変形例３）
本開示に係る接合構造は、図４に示した接合構造２Ｄでもよい。接合構造２Ｄは、下地部材１６の代わりに下地部材３８を備える点で、接合構造２Ａの場合と相違する。この相違点を中心に、接合構造２Ｄを説明する。図４では、下地部材３８を説明するため、下地部材３８の一部を切り欠いている。

【0057】

下地部材３８は、ブロック体である。下地部材３８は、例えば、表面１４ａ全体ではなく、搭載領域Ａ上に選択的に設けられ得る。下地部材３８の材料の例は、下地部材１６の場合と同様である。下地部材３８の表面３８１には、酸化被膜３８ａが形成されている。よって、下地部材３８は、材料αで形成される本体部３８ｂと、酸化被膜３８ａを有する。この場合、酸化被膜３８ａの表面（レンズ８側の面）が下地部材３８の表面３８１でもある。下地部材３８の形状の例は、直方体及び円柱を含む。下地部材３８の厚さｔ２は１００μｍ以上５００μｍ以下である。厚さｔ２の上限は、例えばレンズ８の光軸の表面１４ａに対する高さに応じて設定され得る。下地部材３６は、例えば接着剤層４０で基板１４に固定される。接着剤層４０を形成する接着剤の例は高放熱性接着剤である。

【0058】

下地部材３８がブロック体である場合、蒸着法、メッキ法などを用いて薄膜状の下地部材を形成する場合に比べ下地形成が容易である。厚さｔ２が１００μｍ以上５００μｍ以下である場合、下地部材３８をハンドリングし易い。下地部材３８が、直方体である場合、加工コストを低減できる。下地部材３８が円柱である場合、接合構造２Ｄの温度が上昇した場合でも、接着剤層１２に均一に熱応力が生じやすいので、接着剤層１２の変形を抑制できる。そのため、接着剤層１２自体が破壊されにくく、接合構造２Ｄの信頼性が向上する。

【0059】

次に、実験例を説明する。説明の便宜のため、これまで説明した実施形態及び変形例の要素に相当する要素に同じ符号を付する。本開示は以下に説明する実験例に限定されない。実験例では、４枚の基板１４を準備した。基板１４の材料はＡｌＮであった。

【0060】

４枚の基板１４のうち２枚の基板１４上に、図５に示したように、下地膜３４及び下地部材１６を積層し、台部のサンプルとして２つのサンプルＳ１を得た。下地膜３４の材料はチタンであり、下地膜３４はチタン膜であった。下地膜３４の厚さは約５０ｎｍであった。下地部材１６の材料はＡｌであった。下地部材１６の厚さは約１００ｎｍであった。各サンプルＳ１は、基板１４上に、下地膜３４及び下地部材１６を順に電子ビーム蒸着によって形成することで製造された。

【0061】

４枚の基板１４のうち残りの２枚の基板１４自体をそれぞれ台部のサンプルＳ２（図５参照）とした。すなわち、各サンプルＳ２は、ＡｌＮ基板であった。

【0062】

サンプルＳ１及びサンプルＳ２をそれぞれ用いてせん断強度試験を行った。サンプルＳ１及びサンプルＳ２を利用した点以外は、試験方法は同じであった。よって、サンプルＳ１及びサンプルＳ２をサンプルＳと称し、図６を用いて試験方法を説明する。

【0063】

サンプルＳにＵＶオゾン洗浄処理を実施した。その後、図６に示したように、サンプルＳ上に金属ワッシャ４２を配置した。金属ワッシャ４２の高さＴは０．２ｍｍであった。金属ワッシャ４２の内径φは１．０５ｍｍであった。次に、金属ワッシャ４２の内側に紫外線硬化樹脂を充填した後、紫外線硬化樹脂に紫外線を照射して硬化物４４を得た。硬化物４４が接着剤層１２の実験モデルである。使用した紫外線硬化樹脂はエポキシ系の紫外線硬化樹脂であった。

【0064】

その後、金属ワッシャ４２に対して、サンプルＳの表面に平行な方向に沿って（金属ワッシャ４２の軸線に直交する方向に沿って）金属ワッシャ４２に荷重を印加した。荷重の印加は、株式会社イマダのフォースゲージ（ＺＴＳ－５０Ｎ）によって行った。荷重を上げながら、硬化物４４が破壊され、硬化物４４のサンプルＳからの剥離が生じた時の荷重を取得した。また、硬化物４４の剥離跡のサンプルＳの表面状態（剥離モード）の画像を取得した。

【0065】

上記せん断試験を、２つのサンプルＳ１それぞれと、２つのサンプルＳ２それぞれをサンプルＳとして行った。試験結果で得られた硬化物４４のサンプルＳからの剥離が生じた際の荷重は表１のとおりであった。表１においてＮｏ．１及びＮｏ．２は、２つのサンプルＳ１（又は２つのサンプルＳ２）を使用したせん断試験を区別するための番号である。

【0066】

【表1】

（ただし、１ｋｇｆ＝９．８Ｎ）

【0067】

表１の結果より、サンプルＳ１を台部として使用した方が、サンプルＳ２を台部として使用する場合より、台部と硬化物４４（接着剤層１２に相当）との接着強度が向上していることが理解され得る。

【0068】

また、せん断試験後、サンプルＳ１及びサンプルＳ２の表面における接着痕をデジタルマイクロスコープ（株式会社キーエンスＶＨＸ－６０００）を用いて、１５０倍の倍率で観察した。撮像したサンプルＳ１及びサンプルＳ２の画像を図７及び図８に示す。図７及び図８における円環部分４６の内側が、硬化物４４が存在していた領域である。サンプルＳ１を使用した場合には表面に硬化物４４が多く残っていた一方で、サンプルＳ２を使用した場合には硬化物４４が表面にほとんど残っていなかった。つまり、せん断試験時の破壊モードに関しては、サンプルＳ１を用いた場合、凝集破壊が支配的である一方、サンプルＳ２を用いた場合、界面破壊が支配的であった。

【0069】

サンプルＳ１は下地部材１６を有する。上記試験方法で説明したように、サンプルＳ上に金属ワッシャ４２を配置して硬化物４４を形成する前に、サンプルＳはＵＶオゾン処理が施されるので、サンプルＳ１の下地部材１６の表面には、酸化被膜が形成されていた。従って、サンプルＳ１及びサンプルＳ２を用いた場合の試験結果の違いより、酸化される材料α（本実験例ではＡｌ）を含む下地部材１６を台部が有する場合、接着剤層１２と台部界面の接着力が向上したことで、凝集破壊率が向上することがわかった。凝集破壊は、界面破壊より信頼性が高いため、台部が、酸化される材料α（本実験例ではＡｌ）を含む下地部材１６を有する形態では、台部と接着層の高い接着信頼性を実現できる。

【0070】

以上、本開示の種々の実施形態及び変形例を説明した。しかしながら、本発明は、上記実施形態に限られるものではなく、本開示の要旨を変更しない範囲で更に種々の変形が可能である。

【0071】

下地部材は、光学部品と接着剤（図１の接着剤層１２）との間にも設けられていてもよい。この場合、接着剤の選択の自由度が高くなる。光学部品側に下地部材を配置する形態は、例えば、光学部品の接着剤側の面の材料が、ガラス及び樹脂以外の場合に有効である。

【0072】

本開示における下地部材は、その全体が酸化された酸化領域であってもよい。この場合でも、酸化領域が接着剤と接するので、本開示の種々の実施形態及び変形例で説明した作用効果が奏される。下地部材が、その一部に酸化領域を有する（例えば酸化被膜を有する場合）、又は、全体が酸化領域であるかは、例えば、下地部材の材料で形成された薄膜、ブロック体などに対して実施する酸化処理（例えば、ＵＶオゾン処理、酸素含有雰囲気でのベーキング処理、空気中に一定時間放置すること等）の条件などで調整され得る。

【0073】

接合構造は、複数の光学部品を備えてもよい。この場合の、各光学部品と基板との間には、下地部材が介在すればよい。光学部品は、フィルタ（例えば、波長選択性フィルタ）でもよい。フィルタは、例えば、ガラスまたは樹脂で形成された基板に所定機能を有する誘電体膜（又は誘電体多層膜）が形成された光学部品である。

【0074】

光デバイスは、台部上に配置される複数のＬＤを備えていてもよい。複数のＬＤは、異なる波長帯域の光を出力してもよい。例えば、光デバイスは、赤色波長帯域のレーザ光を出力する赤色ＬＤ、緑色波長帯域のレーザ光を出力する緑色ＬＤ及び青色波長帯域のレーザ光を出力する青色ＬＤを備えてもよい。このように、光デバイスが複数のＬＤを備える場合、光デバイスは、複数のレンズを備え得る。光デバイスが複数のレンズを有する形態では、複数のレンズそれぞれが、接合構造が有する光学部品に相当する。

【0075】

光デバイスが、複数のＬＤ及び複数のレンズを備える場合、光デバイスは、台部に設けられ、複数のＬＤからの複数のレーザ光を合波する合波光学系を更に備えてもよい。この場合、複数のレンズと複数のＬＤとは一対一に対応しており、合波光学系は、複数のレンズを通過した複数のレーザ光を合波する。複数のレンズそれぞれは、対応するＬＤからのレーザ光を平行光に変換する機能を有してもよい。合波光学系は、例えば、複数の波長選択性フィルタを有し得る。このように、光デバイスが複数のレンズ及び複数の波長選択性フィルタを有する形態では、複数のレンズ及び複数の波長選択性フィルタそれぞれが、接合構造が有する光学部品に相当する。接着接合を利用した合波光学系では、例えば、ＬＤ、レンズなどと、合波光学系との配置関係の維持が重要であるが、本開示に係る接合構造は信頼性が高いため、さまざまな環境下でも合波性能を維持しやすい。

【0076】

光デバイスは、基板上の構成（ＬＤ、光学部品など）を外気中の水分、塵等から守り、さらに接合構造を水分から保護し接合の信頼性を維持しやすいように、カバーを有してもよい。水分の侵入率を下げるために、カバーは、基板に溶接などによってハーメチックシールされていてもよい。このように光デバイスがカバーを有する形態では、カバーは、ＬＤから出力されたレーザ光をカバーの外に出力する窓部を有する。光デバイスは、基板または基板が配置された温調素子を支持する支持部材を有してもよい。この場合、上記カバーは、支持部材に溶接され、支持部材上の構成がハーメチックされてもよい。

【0077】

光デバイスは、半導体レーザ素子であるＬＤの代わりに他の発光素子を備えていてもよい。

【0078】

これまで説明した種々の実施形態及び変形例は、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で適宜組み合わされてもよい。

【符号の説明】

【0079】

２Ａ～２Ｄ…接合構造
４…光デバイス
６…台部
８…レンズ（光学部品）
１０…レーザダイオード
１２…接着剤層（接着剤）
１４…基板
１４ａ…表面
１４ｂ…裏面
１６…下地部材
１６ａ…酸化被膜（酸化領域）
１６ｂ…本体部
１８…電子冷却モジュール（温調素子）
２０…第１セラミック板
２２…第２セラミック板
２４…ｎ型半導体柱
２６…ｐ型半導体柱
２８…電極
３０…支持台
３２…中間板
３４…下地膜
３６, ３８…下地部材
３８ａ…酸化被膜（酸化領域）
３８ｂ…本体部
４０…接着剤層
４２…金属ワッシャ
４４…硬化物
４６…円環部分
１６１，３６１，３８１…下地部材の基板と反対側の表面
Ａ…搭載領域
Ｌ…レーザ光
ｔ１…厚さ（下地部材の厚さ）
ｔ２…厚さ（下地部材の厚さ）
Ｓ，Ｓ１，Ｓ２…サンプル
Ｔ…金属ワッシャの高さ
φ…金属ワッシャの内径

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】