JPH10319279A

JPH10319279A - 光モジュールおよび放熱基板

Info

Publication number: JPH10319279A
Application number: JP12755297A
Authority: JP
Inventors: Takashi Ushikubo; 孝牛窪; Naoyuki Mineo; 尚之峯尾
Original assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Current assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Priority date: 1997-05-16
Filing date: 1997-05-16
Publication date: 1998-12-04

Abstract

(57)【要約】【課題】ＬＤの温度変化を速やかに検知し、かつ容易
にＬＤの温度制御を行う。【解決手段】少なくとも、光素子１１と、この光素子
を搭載する基板１３と、光素子の温度を恒温にするため
の温度制御系とを具えていて、この温度制御系は温度検
知部３１と電子冷却素子１５とを含み、温度検知部を流
れる電流を温度検出信号として電子冷却素子に伝えて温
度制御を行う光モジュールにおいて、基板を半導体基板
とし、温度検知部を半導体基板にモノリシックに一体形
成してある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、光伝送用の光モ
ジュール、特に光モジュールの温度制御に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、光伝送用の光モジュールとして
は、文献１（文献１：David S.Alles,etal.,Proc.of EC
TC'90,pp.185-192,1990 Trends in Laser Packaging)
に示されているように、少なくとも、光素子と、この光
素子の温度を検知する温度検知部と、これらを搭載した
基板と、光素子の温度を一定に保つための電子冷却素子
とを具えているものがある。ここで、図９を参照する。
図９はこのような光モジュールを構成する要素の配置関
係を示す概略図であり、構造体の一部を切り欠いた斜視
図で示している。上記文献の光モジュールは、光素子１
１０としてレーザ素子（ＬＤ）と、ＬＤ１１０の温度を
検知する温度検知部１２０としてサーミスタ素子と、こ
れらを載置した基板１３０と、ＬＤ１１０を恒温に保つ
ための電子冷却素子１５０（ＴＥＣ：Thermo Electric
Cooler) を具えている。さらに、ＬＤ１１０からの出射
光をモニターするモニタＰＤ１７０（Photo Diode)と、
レンズ１９０と、光ファイバ２１０と、以上の要素を収
納する筐体２３０とを具えている。レンズ１９０および
光ファイバ２１０はＹＡＧレーザ溶接またはハンダづけ
等によりＬＤ１１０に光結合することができるように筐
体２３０の側面２３０ａに固定されている。また、電子
冷却素子１５０はハンダづけ等により筐体２３０の底面
２３０ｂに固定されている。

【０００３】また、図１０を参照して基板周辺の配置関
係を説明する。図１０は図９の光モジュールの基板周辺
の部分的な拡大図であり、断面の切り口で示している。
基板１３０は通常、金属材料からなる基板を用いてい
て、電子冷却素子１５０の上面１５０ａ（セラミック板
となっている。）にハンダ２４０ａ等によって固定され
ている。また、ＬＤ１１０およびサーミスタ素子１２０
もハンダ２４０ｂ等によって基板１３０の上面１３０ａ
に固定されている。また、サーミスタ素子１２０は基板
１３０を介してＬＤ１１０の温度を検知していて、ＬＤ
１１０からの熱を検知すると既存の温度制御回路に信号
が伝えられて電子冷却素子１５０にＬＤ１１０の熱を冷
却させるという一連の動作によってＬＤ１１０の温度を
一定に保っている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような光モジュールにおいて、ＬＤ１１０と基板１３０
との間、および基板１３０とサーミスタ素子１２０との
間はハンダ（２４０ａおよび２４０ｂ）を介して固定さ
れている（図１０参照。）。ここで、ＬＤ１１０で発生
する熱の伝導経路を考えると、ＬＤ１１０、ハンダ２４
０ｂ、基板１３０、ハンダ２４０ｂ、サーミスタ素子１
２０という順に熱は伝わっていく。一般的にハンダは金
属板に比べて熱抵抗が大きい。例えばＡｕとＳｎからな
るハンダとして、金属板を鉄合金（従来より用いている
材料）とした場合にはハンダの熱抵抗は鉄合金の５〜６
倍にもなる。このため、上記のような構造の光モジュー
ルでは、ＬＤ１１０とサーミスタ素子１２０との間に大
きな熱抵抗がある。

【０００５】一方、通信に用いるデジタル信号のパター
ンは時間とともに大きく変化し、ＬＤの動作もこの信号
に応じて変化するため、ＬＤの発熱量も時間に応じて変
化する。

【０００６】上記の光モジュールのサーミスタ素子によ
ってＬＤの温度を検知しようとすると、ＬＤとサーミス
タ素子間に大きな熱抵抗が存在するためにＬＤの温度変
化がサーミスタ素子に到達するのに時間がかかってしま
う。その結果サーミスタ素子から温度制御回路に信号を
伝えて、電子冷却素子によってＬＤを冷却するという、
温度制御系の応答に遅れが生じて、ＬＤの温度を一定に
保つことができなくなってしまうという問題があった。

【０００７】また、サーミスタ素子は基板の任意の位置
にハンダによって固定されているが、このサーミスタ素
子の固定時において位置ずれを生じるおそれがあり、位
置ずれが生じた場合、ＬＤとサーミスタ素子間の距離の
変化に伴い、両者間の熱抵抗が変化するため、温度制御
系の設定を補正する必要があった。

【０００８】このため、ＬＤの温度変化を速やかに検知
することができ、かつ容易にＬＤの温度制御を行うこと
のできる光モジュールの出現が望まれていた。

【０００９】

【課題を解決するための手段】このため、この発明の光
モジュールによれば、少なくとも、光素子と、この光素
子を搭載する基板と、光素子の温度を恒温にするための
温度制御系とを具えていて、この温度制御系は温度検知
部と電子冷却素子とを含み、温度検知部を流れる電流を
温度検出信号として電子冷却素子に伝えて温度制御を行
う光モジュールにおいて、基板を半導体基板とし、温度
検知部を半導体基板にモノリシックに一体形成してある
ことを特徴とする。

【００１０】このような光モジュールは、温度検知部が
ハンダ等によって半導体基板にハイブリッドに固定され
るのではなく、半導体基板にモノリシックに一体形成し
てあるため、光素子で発生した熱が温度検知部に到達す
るまでの熱伝導経路は、順に光素子、ハンダ、半導体基
板、温度検知部となり、熱が熱抵抗の大きいハンダを経
由する回数を減らすことができる。このため、光素子で
発生した熱は温度検知部で速やかに検知され、温度制御
系の光素子の温度変化に対する応答時間も短縮される。
したがって光素子を恒温に制御する精度を向上させるこ
とができる。また、温度検知部は基板に一体形成されて
いるため、温度検知部と光素子との間の距離が変化する
ことはなく、よって両者間の熱抵抗も変化することはな
い。したがって温度制御系の設定を補正するようなこと
はなくなる。

【００１１】また、好ましくは、温度検知部をショット
キーダイオードを以て構成しているのがよい。

【００１２】ショットキーダイオードに流れる順方向電
流Ｉ_F は、一般的に次式（１）で表される（文献２：電
気・電子工学大系１４集積回路工学柳井久義・後川
昭雄共編コロナ社 pp.220）。

【００１３】Ｉ_F ＝Ｉ₀ ［ｅｘｐ（ｑＶ_F ／ｋＴ）−１］・・・（１）ただし、Ｉ₀ ＝ＡＳＴ² ｅｘｐ（−φ_B ／ｋＴ） φ_B はショットキー障壁の高さ（ｅＶ）、Ｓは接合面
積、Ａはリチャードソン定数、Ｔはショットキーダイオ
ード領域の絶対温度、ｋはボルツマン定数、ｑは電子の
電荷、Ｖ_F は順方向電圧とする。この式より、ショット
キーダイオードの順方向電流Ｉ_F は、順方向電圧Ｖ_F を
一定にすると、ショットキーダイオード領域の温度Ｔに
より変化する。このため、光素子の温度変化はこのショ
ットキーダイオードの順方向電流により検知することが
でき、この順方向電流を温度検出信号として温度制御系
に伝え、電子冷却素子を作用させることによって光素子
の温度を制御することができる。

【００１４】温度検知部をショットキーダイオードを以
て構成する場合、好ましくは、半導体基板をｎ型半導体
基板として、この基板に、基板の一部と、基板の一部の
上面に設けた金属電極とによってショットキーダイオー
ド領域を形成してあるのがよい。

【００１５】ショットキーダイオード領域は、光素子が
搭載されている基板の一部をショットキーダイオードの
構成成分として用いていて、このため、基板にモノリシ
ックに一体形成されている。よって、上記で説明したよ
うに光素子で発生した熱は速やかにショットキーダイオ
ード領域に伝えられて、順方向電流の値が変化するため
光素子の温度変化をより速く検知することができる。ま
た、従来のように温度検知部を基板にハンダ等によって
ハイブリッドに設けていないため、温度検知部と光素子
との間の距離が変化することはなく、距離の変化に伴う
熱抵抗の変化に応じて温度制御系の設定をし直す必要も
なくなる。

【００１６】また、好ましくは、温度検知部をｐｎ接合
ダイオードを以て構成しているのがよい。

【００１７】ｐｎ接合ダイオードに流れる順方向電流
も、順方向電圧を一定にすると温度変化の影響を受け
て、変化する。このため、光素子の温度変化はこのｐｎ
接合ダイオードの順方向電流により検知することがで
き、この順方向電流を温度検出信号として温度制御系に
伝え、電子冷却素子を作用させることによって光素子の
温度を制御することができる。

【００１８】また、温度検知部をｐｎ接合ダイオードを
以て構成する場合、好ましくは、半導体基板をｎ型半導
体基板として、この基板に、基板の一部と、基板の一部
の上面の一部に形成したｐ型領域とによってｐｎ接合ダ
イオード領域が形成してあるのがよい。

【００１９】ｐｎ接合ダイオード領域は、光素子が搭載
されている基板を例えばｎ型半導体基板として、この基
板の一部を加工してｐ型領域を形成して、基板と、この
ｐ型領域とでｐｎ接合領域を形成している。このためｐ
ｎ接合ダイオードは基板にモノリシックに一体形成され
ている。よって、上記で説明したように光素子で発生し
た熱は速やかにｐｎ接合ダイオード領域に伝えられて、
順方向電流の値が変化するため光素子の温度変化をより
速く検知することができる。また、従来のように温度検
知部を基板にハンダ等によってハイブリッドに設けてい
ないため、温度検知部と光素子との間の距離が変化する
ことはなく、距離の変化に伴う熱抵抗の変化に応じて温
度制御系の設定をし直す必要もなくなる。

【００２０】また、好ましくは、温度検知部を拡散抵
抗を以て構成しているのがよい。

【００２１】拡散抵抗の抵抗値は温度に依存することが
知られている（文献２ pp.208-209）。光素子が搭載さ
れている基板にモノリシックに形成された拡散抵抗であ
るため、拡散抵抗の抵抗値は光素子の温度変化によって
変化する。このため拡散抵抗を流れる電流によって光素
子の温度変化を検知することができる。したがって拡散
抵抗を流れる電流を温度検出信号として温度制御系に伝
え、電子冷却素子を作用させることによって光素子の温
度を制御することができる。また、拡散抵抗の抵抗値の
温度変化は温度に対してほぼ線形に変化するので取り出
す電流値も線形に変化する。このため、温度制御系にお
いて電流値と温度との変換が容易であるので、温度制御
系の制御回路をより簡単なものにすることができる。

【００２２】また、温度検知部を拡散抵抗を以て構成す
る場合、好ましくは、半導体基板をｎ型半導体基板とし
て、この基板にｐ型拡散抵抗領域を形成してあるのがよ
い。

【００２３】拡散抵抗領域は、光素子が搭載されている
基板を例えばｎ型半導体基板として、この基板の一部を
加工してｐ型拡散領域を形成している。このｐ型拡散領
域の任意の離間した２か所にオーミック電極を形成して
いて、１つのオーミック電極からｐ型拡散領域を通って
もう１つのオーミック電極に電流が流れるような構造に
なっている。このように拡散抵抗は基板にモノリシック
に一体形成されているので、上記で説明したように光素
子で発生した熱は速やかに拡散抵抗領域に伝えられる。
抵抗値の変化により電流値が変化するため光素子の温度
変化をより速く検知することができる。また、従来のよ
うに温度検知部を基板にハンダ等によってハイブリッド
に設けていないため、温度検知部と光素子との間の距離
が変化することはなく、距離の変化に伴う熱抵抗の変化
に応じて温度制御系の設定をし直す必要もなくなる。

【００２４】また、好ましくは、温度検知部を抵抗体を
以て構成しているのがよい。

【００２５】光素子が搭載されている基板にモノリシッ
クに形成された抵抗体であるため、抵抗体の抵抗値は光
素子の温度変化によって変化する。このため抵抗体にか
かる電圧を一定にすれば、抵抗体を流れる電流によって
光素子の温度変化を検知することができる。したがって
抵抗体を流れる電流を温度検出信号として温度制御系に
伝え、電子冷却素子を作用させることによって光素子の
温度を制御することができる。

【００２６】また、温度検知部を抵抗体を以て構成する
場合、好ましくは、基板の上面の一部に絶縁膜を介して
抵抗体が形成してあるのがよい。

【００２７】抵抗体は、光素子が搭載されている基板の
上面の一部に絶縁膜を介して形成されていて、この抵抗
体上の離間した任意の２か所に電極が形成されている。
そして電流は一方の電極から抵抗体を通ってもう一方の
電極まで流れる。基板とは絶縁膜を介しているので、２
つの電極間の抵抗体にのみ電流が流れる。このため抵抗
値を、電極間の抵抗体の長さと、電流の流れる方向と直
角の方向の抵抗体の幅と、抵抗体の厚さとで設定するこ
とができる。また、抵抗体は基板にモノリシックに一体
形成されているので、上記で説明したように光素子で発
生した熱は速やかに抵抗体に伝えられる。抵抗値の変化
により電流値が変化するため光素子の温度変化をより速
く検知することができる。また、従来のように温度検知
部を基板にハンダ等によってハイブリッドに設けていな
いため、温度検知部と光素子との間の距離が変化するこ
とはなく、距離の変化に伴う熱抵抗の変化に応じて温度
制御系の設定をし直す必要もなくなる。また、基板を加
工する必要のないことから、より容易に製造することが
できる。

【００２８】また、この発明は、半導体基板と、この半
導体基板にモノリシックに一体形成され、半導体基板に
搭載される素子の温度を検知するための温度検知部とを
具える放熱基板としてもよい。

【００２９】発熱する素子が搭載されている基板に温度
検知部がモノリシックに一体形成されていることによ
り、素子が発生した熱を速やかに温度検知部に伝えるこ
とができる。この基板は放熱基板となっていることか
ら、この放熱基板の下に電子冷却素子等を設けることに
より、温度検知部からの温度変化に対応する信号を電子
冷却素子に伝えて、より速やかに素子の放熱を行うこと
ができる。

【００３０】また、上記素子を光素子とするのがよい。
素子を光素子とすると、光モジュールに上記放熱基板を
適用することができる。

【００３１】また、この放熱基板の温度検知部をショッ
トキーダイオードを以て構成しているのがよい。この構
造は、半導体基板をｎ型半導体基板として、この基板
に、基板の一部と、基板の一部の上面に設けた金属電極
とによってショットキーダイオード領域を形成してある
のが好ましい。

【００３２】また、温度検知部をｐｎ接合ダイオードを
以て構成してもよい。この構造は、半導体基板をｎ型半
導体基板として、この基板に、基板の一部と、基板の上
面の一部に形成したｐ型領域とによってｐｎ接合領域が
形成してあるのが好ましい。

【００３３】また、温度検知部を拡散抵抗を以て構成し
てもよい。この構造は、半導体基板をｎ型半導体基板と
して、この基板の一部にｐ型拡散抵抗領域を形成してあ
るのが好ましい。

【００３４】また、温度検知部を抵抗体を以て構成して
もよい。この構造は、基板の上面の一部に絶縁膜を介し
て抵抗体が形成してあるのが好ましい。

【００３５】

【発明の実施の形態】以下、図を参照してこの発明の実
施の形態につき説明する。なお、各図は発明を理解でき
る程度に概略的に示してあるに過ぎず、したがって発明
を図示例に限定するものではない。また、図において、
図を分かり易くするために断面を示すハッチング（斜
線）は一部分を除き省略してある。

【００３６】＜第１の実施の形態＞第１の実施の形態と
して、光モジュールの温度検知部をショットキーダイオ
ードを以て構成した例につき、図を参照して説明する。
図１はこの発明の光モジュールを構成する要素の配置関
係を示す概略図であり、構造体の一部を切り欠いた斜視
図で示している。図２は、図１の光モジュールの基板周
辺の部分的な拡大図であり、構造体の上から見た平面図
である。また、図３は図２のＡ−Ａ線に沿って切った断
面の切り口で示した断面図である。以下の説明におい
て、従来と同様の点についてはその説明を省略する。

【００３７】この光モジュールは、光素子１１としてレ
ーザ素子（ＬＤ）と、レーザ素子１１を載置していて、
かつショットキーダイオードをモノリシックに形成して
あるｎ型のＳｉ基板１３と、ＬＤ１１を恒温に保つため
の電子冷却素子１５（ＴＥＣ：Thermo Electric Coole
r) を具えている。さらに、ＬＤ１１からの出射光をモ
ニターするモニタＰＤ１７（Photo Diode)と、レンズ１
９と、光ファイバ２１と、以上の要素を収納する筐体２
３とを具えているのは従来と同様である。レンズ１９お
よび光ファイバ２１はＹＡＧレーザ溶接またはハンダづ
け等によりＬＤ１１に光結合することができるように筐
体２３の側面２３ａに固定されている。また、電子冷却
素子１５はハンダづけ等により筐体２３の底面２３ｂに
固定されている（図１）。

【００３８】また、図２および図３を参照して基板周辺
の配置関係を説明する。Ｓｉ基板１３の上面１３ａは、
ＬＤ１１を搭載する領域２５と、ショットキーダイオー
ドを形成する領域２７とを有している（図２および図
３）。ＬＤ１１を搭載する領域２５のＳｉ基板上面１３
ａにはＡｕ合金等の薄膜２９が、蒸着等の手段によって
設けられていて（図３）、ＬＤ１１をＳｉ基板１３の上
側に容易にハンダづけをすることができる。一方ショッ
トキーダイオードを形成する領域２７は、ショットキー
ダイオード領域３１とワイヤボンディング領域３３とか
らなっている。基板１３の上面１３ａのショットキーダ
イオード領域３１以外の領域に絶縁膜３５、例えば窒化
シリコン（ＳｉＮ）膜を形成してあり、少なくとも、こ
の絶縁膜３５から露出しているｎ型のＳｉ基板１３の上
面１３ａおよびワイヤボンディング領域３３内の絶縁膜
３５上にＡｌ等により金属電極３７（ショットキー電
極）を形成してショットキーダイオードを構成している
（図３）。また、この金属電極３７上であって、ワイヤ
ボンディング領域３３を除いた領域に設けたＳｉＮ等か
らなるパッシベーション膜３９によってショットキーダ
イオードを保護している（図３）。したがってワイヤボ
ンディング領域３３内の金属電極３７はパッシベーショ
ン膜３９から露出している。なお、Ｓｉ基板１３はハン
ダ等によって電子冷却素子１５の上面１５ａに固定され
ている（図３）。

【００３９】ショットキーダイオード領域３１は、上述
したようにＳｉ基板１３にモノリシックに形成されてい
るため、同じＳｉ基板１３に搭載しているＬＤ１１の発
生する熱の影響を受ける。既に説明したようにショット
キーダイオードに流れる順方向電流は、順方向電圧を一
定にすると、ショットキーダイオード領域３１の温度に
よって変化する。このため、ＬＤ１１の温度変化をショ
ットキーダイオードの順方向電流を取り出すことによっ
て検知することができる。また、この順方向電流を温度
検出信号として温度制御系に伝え、電子冷却素子１５を
作用させることによってＬＤ１１の温度を一定に保つよ
うに制御することができる。

【００４０】また、この光モジュールのＬＤ１１から、
温度検知部としてのショットキーダイオード領域３１ま
での熱の伝導経路は、順に、ＬＤ１１、ハンダ、合金薄
膜２９、Ｓｉ基板１３、ショットキーダイオード領域３
１となる。従来、温度検知部を基板にハンダによってハ
イブリッドに形成していた光モジュールでは、ＬＤで発
生した熱の伝導経路がＬＤ、ハンダ、合金薄膜、Ｓｉ基
板、ハンダ、温度検知部の順であり、熱抵抗の大きいハ
ンダを２回も経由していたが、この発明では、基板１３
と温度検知部３１との間にハンダは必要なくなる。した
がって、熱抵抗の大きいハンダを経由するのを最小限に
抑えることができる。また、Ｓｉ基板１３の熱伝導率
は、従来より光モジュールの基板材料に用いられてきた
鉄合金よりも大きい。これらにより、ＬＤ１１からショ
ットキーダイオード領域３１までの間の熱抵抗をより小
さくすることができるため、ＬＤ１１の温度変化を速や
かに温度検知部３１へ伝え、温度制御系でＬＤ１１の温
度を恒温にするように制御させることができる。

【００４１】また、温度検知部３１としてのショットキ
ーダイオード領域がＳｉ基板１３にモノリシックに形成
されているため、従来のように温度検知部３１の形成の
際に生じる位置ずれによってＬＤ１１と温度検知部３１
との間の距離が変化して、熱抵抗が変わってしまうとい
うおそれはない。距離の変化に伴う熱抵抗の変化に応じ
て温度制御系の設定をし直す必要はなくなる。

【００４２】＜第２の実施の形態＞第２の実施の形態と
して、光モジュールの温度検知部をｐｎ接合ダイオード
を以て構成した例につき図を参照して説明する。図４
は、第１の実施の形態の図３に対応する、第２の実施の
形態の光モジュールの基板周辺の部分的な拡大図であ
り、構造体の断面の切り口で示してある。以下、第１の
実施の形態と相違する点につき説明し、第１の実施の形
態と同様の点についてはその詳細な説明を省略する。

【００４３】ｎ型のＳｉ基板１３の上面には、ＬＤ１１
を搭載する領域２５と、ｐｎ接合ダイオードを形成する
領域４１とを有している。ＬＤ１１を搭載する領域２５
のＳｉ基板上面１３ａには第１の実施の形態と同様に、
Ａｕ合金等の薄膜２９が、蒸着等の手段によって設けら
れている。一方ｐｎ接合ダイオードを形成する領域４１
は、ｐｎ接合ダイオード領域４３とワイヤボンディング
領域３３とからなっている。基板上面１３ａのｐｎ接合
ダイオード領域４３の一部を除いた領域に絶縁膜３５、
例えば窒化シリコン（ＳｉＮ）膜を形成してあり、この
絶縁膜３５から露出しているｎ型のＳｉ基板１３の上面
１３ａに例えばｐ型の不純物イオンを注入して基板１３
内にｐ型拡散領域４５を形成する。これにより、ｎ型Ｓ
ｉ基板１３とｐ型拡散領域４５とでｐｎ接合領域を構成
している。そして、少なくとも、絶縁膜３５から露出し
ているｐ型拡散領域４５およびワイヤボンディング領域
３３内の絶縁膜３５上にＡｕ合金等により電極３７を形
成して、この金属電極３７上であって、ワイヤボンディ
ング領域３３を除いた領域に設けたＳｉＮ等からなるパ
ッシベーション膜３９によってｐｎ接合ダイオードを保
護している。したがってワイヤボンディング領域３３の
金属電極３７はパッシベーション膜３９から露出してい
る。なお、Ｓｉ基板１３はハンダ等によって電子冷却素
子１５の上面１５ａに固定されている。

【００４４】ｐｎ接合ダイオード領域４３は、上述した
ようにＳｉ基板１３にモノリシックに形成されているた
め、同じＳｉ基板１３に搭載しているＬＤ１１の発生す
る熱の影響を受ける。ｐｎ接合ダイオードに流れる順方
向電流は、第１の実施の形態のショットキーダイオード
と同様に順方向電流を一定にすると、ｐｎ接合ダイオー
ド領域４３の温度によって変化する。このため、ＬＤ１
１の温度変化をｐｎ接合ダイオードの順方向電流を取り
出すことによって検知することができる。また、この順
方向電流を温度検出信号として温度制御系に伝え、電子
冷却素子１５を作用させることによってＬＤ１１の温度
を一定に保つように制御することができる。

【００４５】また、第１の実施の形態と同様の理由によ
り、ＬＤ１１からｐｎ接合ダイオード領域４３までの間
の熱抵抗をより小さくすることができるため、ＬＤ１１
の温度変化を速やかに温度検知部４３へ伝え、温度制御
系でＬＤ１１の温度を恒温にするように制御させること
ができる。

【００４６】また、温度検知部４３としてのｐｎ接合ダ
イオード領域がＳｉ基板１３にモノリシックに形成され
ているため、第１の実施の形態で説明したように距離の
変化に伴う熱抵抗の変化に応じて温度制御系の設定をし
直す必要はなくなる。

【００４７】また、ｐｎ接合ダイオードは、ショットキ
ーダイオードよりも温度依存性が高いということが知ら
れている（文献２ pp.222）。このため、順方向電圧を
一定にした場合、ショットキーダイオードに比べてｐｎ
接合ダイオードのほうが、順方向電流の温度による変化
が大きい。したがって、ｐｎ接合ダイオードを用いたほ
うがより温度検知部４３としての検知感度を向上させる
ことができる。

【００４８】＜第３の実施の形態＞第３の実施の形態と
して、光モジュールの温度検知部を拡散抵抗を以て構成
した例につき図を参照して説明する。図５は、第１の実
施の形態の図２に対応する、第３の実施の形態の光モジ
ュールの基板周辺の部分的な拡大図であり、構造体を上
からみた平面図である。また図６は、第１の実施の形態
の図３に対応する図で、図５のＡ−Ａ線に沿って切った
断面の切り口で示した図である。以下、第１の実施の形
態または第２の実施の形態と相違する点につき説明し、
同様の点についてはその詳細な説明を省略する。

【００４９】ｎ型のＳｉ基板１３の上面１３ａには、Ｌ
Ｄ１１を搭載する領域２５と、拡散抵抗を形成する領域
４７とを有している。ＬＤ１１を搭載する領域２５のＳ
ｉ基板上面１３ａには第１の実施の形態と同様に、Ａｕ
合金等の薄膜２９が、蒸着等の手段によって設けられて
いる。一方拡散抵抗を形成する領域４７は、拡散抵抗領
域４９とワイヤボンディング領域３３とからなってい
る。基板上面１３ａの拡散抵抗領域４９の一部を除いた
領域に絶縁膜３５、例えば窒化シリコン（ＳｉＮ）膜を
形成してあり、この絶縁膜３５から露出しているｎ型の
Ｓｉ基板１３に例えばｐ型の不純物イオンを注入してｐ
型拡散領域５１を形成する。このｐ型拡散領域５１およ
びワイヤボンディング領域３３内の絶縁膜３５上の、離
間した２か所にＡｕ合金等によりオーミック電極５３を
形成する（図５および図６）。これにより、２つのオー
ミック電極５３でｐ型拡散領域５１を挟んだ構造が形成
される（図５）。そして少なくともこのオーミック電極
５３上であって、ワイヤボンディング領域３３を除いた
領域に設けたＳｉＮ等からなるパッシベーション膜３９
によって拡散抵抗領域４７を保護している。また、これ
によりワイヤボンディング領域３３のオーミック電極５
３はパッシベーション膜３９から露出している。なお、
Ｓｉ基板１３はハンダ等によって電子冷却素子１５の上
面１５ａに固定されている（図５および図６）。

【００５０】また、一方のオーミック電極を第１電極５
３ａとし、もう一方のオーミック電極を第２電極５３ｂ
として、ここでは、電流が、第１電極５３ａからｐ型拡
散領域５１を通って第２電極５３ｂに流れるものとする
（図５）。

【００５１】ｐ型拡散領域５１は、上述したようにＳｉ
基板１３にモノリシックに形成されているため、同じＳ
ｉ基板１３に搭載しているＬＤ１１の発生する熱の影響
を受ける。拡散抵抗は温度により変化することは既に知
られている（文献２ pp.209）。このため、第１電極５
３ａと第２電極５３ｂとの間の抵抗、すなわち第１電極
５３ａと第２電極５３ｂとで挟まれたｐ型拡散領域５１
の抵抗は、この拡散抵抗領域４９の温度変化によって変
化する。したがって、ｐ型拡散領域５１にかかる抵抗を
一定にすると、拡散抵抗領域４９の温度変化によって、
この領域４９を流れる電流の値も変化する。このため、
ＬＤ１１の温度変化をｐ型拡散領域５１を流れる電流を
取り出すことによって検知することができる。また、こ
の順方向電流を温度検出信号として温度制御系に伝え、
電子冷却素子１５を作用させることによってＬＤ１１の
温度を一定に保つように制御することができる。

【００５２】また、第１の実施の形態と同様の理由によ
り、ＬＤ１１から拡散抵抗領域４９までの間の熱抵抗を
より小さくすることができるため、ＬＤ１１の温度変化
を速やかに温度検知部、すなわち拡散抵抗領域４９へ伝
え、温度制御系でＬＤ１１の温度を恒温にするように制
御させることができる。

【００５３】また、温度検知部４９としての拡散抵抗領
域がＳｉ基板１３にモノリシックに形成されているた
め、第１の実施の形態で説明したように距離の変化に伴
う熱抵抗の変化に応じて温度制御系の設定をし直す必要
はなくなる。

【００５４】また、拡散抵抗の抵抗値は、温度によりほ
ぼ線形に変化するため、この抵抗にかかる電圧を一定に
したときに抵抗を流れる電流値もまた、温度により、直
線的に変化する。このため、ＬＤ１１の温度制御系にお
いて、検知した電流値と温度との変換は容易であるか
ら、温度制御系の制御回路を簡易なものにすることがで
きる。

【００５５】＜第４の実施の形態＞第４の実施の形態と
して、光モジュールの温度検知部を抵抗体を以て構成し
た例につき図を参照して説明する。図７は、第１の実施
の形態の図２に対応する、第４の実施の形態の光モジュ
ールの基板周辺の部分的な拡大図であり、構造体を上か
らみた平面図である。また図８は、第１の実施の形態の
図３に対応する図で、図７のＡ−Ａ線に沿って切った断
面の切り口で示した図である。以下、第１の実施の形
態、第２の実施の形態または第３の実施の形態と相違す
る点につき説明し、同様の点についてはその詳細な説明
を省略する。

【００５６】Ｓｉ基板１３の上面１３ａには、ＬＤ１１
を搭載する領域２５と、抵抗体を形成する領域５５とを
有している。ＬＤ１１を搭載する領域２５のＳｉ基板上
面１３ａには第１の実施の形態と同様に、Ａｕ合金等の
薄膜２９が、蒸着等の手段によって設けられている（図
８）。一方抵抗体を形成する領域５５は、抵抗領域５７
とワイヤボンディング領域３３とからなっている（図７
および図８）。基板上面１３ａの抵抗体を形成する領域
５５全面にわたり、絶縁膜３５、例えば窒化シリコン
（ＳｉＮ）膜を形成してある（図８）。また、この絶縁
膜３５上に例えばタングステン（Ｗ）からなる抵抗体５
９を形成する（図８）。抵抗体５９は図７に示すよう
に、所望する抵抗値に応じて、絶縁膜３５上で折り曲げ
て、その長さを調節することができる。この抵抗体５９
の上面に２つのＡｕ合金等からなる電極３７を離間させ
て設ける（図７）。この例では、電極３７を抵抗体５９
の両端付近に形成してある。これにより、２つの電極３
７で抵抗体５９を挟んだ構造が形成される。そしてワイ
ヤボンディング領域３３を除き、抵抗体５９および絶縁
膜３５を覆うようにＳｉ基板１３の上面１３ａに、Ｓｉ
Ｎ等からなるパッシベーション膜３９を形成する。この
パッシベーション膜３９によって抵抗領域５７を保護し
ている。また、これによりワイヤボンディング領域３３
の電極３７はパッシベーション膜３９から露出する。な
お、Ｓｉ基板１３はハンダ等によって電子冷却素子１５
の上面１５ａに固定されている（図７および図８）。

【００５７】抵抗領域５７は、上述したようにＳｉ基板
１３にモノリシックに形成されているため、同じＳｉ基
板１３に搭載しているＬＤ１１の発生する熱の影響を受
ける。抵抗体５９の抵抗は温度により変化するため、２
つの電極３７の間にある抵抗体５９の抵抗は、この抵抗
領域５７の温度変化によって変化する。したがって、抵
抗領域５７にかかる抵抗を一定にすると、抵抗領域５７
の温度変化によって、この領域５７を流れる電流の値も
変化する。このため、ＬＤ１１の温度変化を抵抗領域５
７を流れる電流を取り出すことによって検知することが
できる。また、この順方向電流を温度検出信号として温
度制御系に伝え、電子冷却素子１５を作用させることに
よってＬＤ１１の温度を一定に保つように制御すること
ができる。

【００５８】また、第１の実施の形態と同様の理由によ
り、ＬＤ１１から抵抗領域５７までの間の熱抵抗をより
小さくすることができるため、ＬＤ１１の温度変化を速
やかに温度検知部、すなわち抵抗領域５７へ伝え、温度
制御系でＬＤ１１の温度を恒温にするように制御させる
ことができる。

【００５９】また、温度検知部５７としての抵抗領域が
Ｓｉ基板１３にモノリシックに形成されているため、第
１の実施の形態で説明したように距離の変化に伴う熱抵
抗の変化に応じて温度制御系の設定をし直す必要はなく
なる。

【００６０】また、第３の実施の形態と同様、抵抗体５
９の抵抗値は温度によりほぼ線形に変化するため、この
抵抗体５９にかかる電圧を一定にしたときに抵抗体５９
を流れる電流値もまた、温度により、直線的に変化す
る。このため、ＬＤ１１の温度制御系において、検知し
た電流値と温度との変換は容易であるから、温度制御系
の制御回路をより簡単なものにすることができる。

【００６１】さらに、この実施の形態では、Ｓｉ基板１
３を加工する必要がないことから、温度検知部５７の形
成をより容易にすることができる。

【００６２】

【発明の効果】上述した説明からも明らかなように、こ
の発明の光モジュールによれば、温度検知部がハンダに
よって半導体基板に固定されるのではなく、半導体基板
にモノリシックに一体形成してあるため、光素子で発生
した熱が温度検知部に到達するまでの熱伝導経路は、順
に光素子、合金薄膜、ハンダ、半導体基板、温度検知部
となり、熱が熱抵抗の大きいハンダを通る回数を減らす
ことができる。このため、光素子で発生した熱は温度検
知部で速やかに検知され、温度制御系の光素子の温度変
化に対する応答時間も短縮される。したがって光素子を
恒温に制御する精度を向上させることができる。また、
温度検知部は基板に一体形成されているため、温度検知
部と光素子との間の距離が変化することはなく、よって
両者間の熱抵抗も変化することはない。したがって温度
制御系の設定を補正するようなことはなくなる。また、
温度検知部をショットキーダイオードを以て構成するの
がよい。ショットキーダイオードを流れる順方向電流は
温度に依存するため、光素子の温度変化をこの順方向電
流の値の変化で検知することができる。また、温度検知
部をｐｎ接合ダイオードを以て構成するのがよい。これ
によれば、ショットキーダイオードよりも順方向電流の
温度依存性が高いため、温度検知部としての温度検知能
力を向上させることができる。また、温度検知部を拡散
抵抗を以て構成すると、抵抗を流れる電流は抵抗を一定
にしたときに温度によって変化するため、光素子の温度
変化を抵抗を流れる電流値の変化で検知することができ
る。さらに電流値の変化は温度変化に対してほぼ線形に
変化するため、電流値と温度との変換が容易となり、温
度制御系の制御回路が簡単なものにすることができる。
また、温度検知部を抵抗体を以て構成すると、基板を加
工する必要がないため、温度検知部の形成がより容易と
なる。

【００６３】また、光素子の温度変化の検知は、温度検
知部を流れる電流の値の変化によって検知してもよく、
温度検知部を流れる電流を一定にして、この温度検知部
にかかる電圧の変化によって検知してもよい。

【００６４】また、この発明を、半導体基板と、この半
導体基板にモノリシックに一体形成され、半導体基板に
搭載される素子の温度を検知するための温度検知部とを
具える放熱基板として適用してもよい。発熱する素子が
搭載されている基板に温度検知部がモノリシックに一体
形成されていることにより、素子が発生した熱を速やか
に温度検知部に伝えることができる。この基板は放熱基
板となっていることから、この放熱基板の下に電子冷却
素子等を設けることにより、温度検知部からの温度変化
に対応する信号を電子冷却素子に伝えて、より速やかに
素子の放熱を行うことができる。また、上記素子を光素
子とするのがよい。素子を光素子とすると、光モジュー
ルに上記放熱基板を適用することができる。また、放熱
基板の温度検知部をショットキーダイオードや、ｐｎ接
合ダイオードや、拡散抵抗や、抵抗体を以て構成するの
がよい。

【００６５】また、基板は、ｐ型のＳｉ基板や、半絶縁
性のＳｉ基板上にｎ型の導電性を有する結晶成長層を形
成したものを用いてもよい。また、電子冷却素子は光素
子を恒温に保つ作用をすることができれば、光モジュー
ルの筐体の外側に取り付けてあってもよい。また、モニ
タＰＤの構造は上述した実施の形態に限るものではな
く、また、モニタＰＤを有しない光モジュールにもこの
発明は適用可能である。また、レンズ系を有しない構
造、光ファイバにレンズ機能を持たせた構造または光フ
ァイバやレンズが複数存在するような構造の光モジュー
ルにもこの発明を適用することができる。また、基板の
形状は、上述した実施の形態内で用いた長方形に限定す
るものではない。さらに、光素子としては、光変調素子
や、光スイッチ素子、受光素子等を用いてもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の光モジュールを構成する要素の配置
関係を示す概略的な斜視図である。

【図２】第１の実施の形態の説明に供する部分的な拡大
平面図である。

【図３】第１の実施の形態の説明に供する部分的な断面
図である。

【図４】第２の実施の形態の説明に供する部分的な断面
図である。

【図５】第３の実施の形態の説明に供する部分的な拡大
平面図である。

【図６】第３の実施の形態の説明に供する部分的な断面
図である。

【図７】第４の実施の形態の説明に供する部分的な拡大
平面図である。

【図８】第４の実施の形態の説明に供する部分的な断面
図である。

【図９】従来の光モジュールの斜視図である

【図１０】従来の技術の説明に供する光モジュールの部
分的な断面図である。

【符号の説明】

１１，１１０：光素子、レーザ素子（ＬＤ）１３：ｎ型Ｓｉ基板、Ｓｉ基板、基板１３ａ，１３０ａ：上面１５，１５０：電子冷却素子１５ａ，１５０ａ：上面１７，１７０：モニタＰＤ１９，１９０：レンズ２１，２１０：光ファイバ２３，２３０：筐体２３ａ，２３０ａ：側面２３ｂ，２３０ｂ：底面２５：ＬＤを搭載する領域２７：ショットキーダイオードを形成する領域２９：Ａｕ合金等による薄膜３１：ショットキーダイオード領域（温度検知部）３３：ワイヤボンディング領域３５：絶縁膜、ＳｉＮ膜３７：金属電極、電極３９：パッシベーション膜４１：ｐｎ接合ダイオードを形成する領域４３：ｐｎ接合ダイオード領域（温度検知部）４５：ｐ型拡散領域４７：拡散抵抗を形成する領域４９：拡散抵抗領域（温度検知部）５１：ｐ型拡散領域５３：オーミック電極５３ａ：第１電極５３ｂ：第２電極５５：抵抗体を形成する領域５７：抵抗領域（温度検知部）５９：抵抗体１２０：温度検知部、サーミスタ素子１３０：基板２４０ａ，２４０ｂ：ハンダ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも、光素子と、該光素子を搭載
する基板と、前記光素子の温度を恒温にするための温度
制御系とを具えていて、該温度制御系は温度検知部と電
子冷却素子を含み、該温度検知部を流れる電流を温度検
出信号として電子冷却素子に伝えて温度制御を行う光モ
ジュールにおいて、前記基板を半導体基板とし、前記温度検知部を前記半導
体基板にモノリシックに一体形成してあることを特徴と
する光モジュール。
【請求項２】請求項１に記載の光モジュールにおい
て、前記温度検知部をショットキーダイオードを以て構成し
ていることを特徴とする光モジュール。
【請求項３】請求項２に記載の光モジュールにおい
て、前記半導体基板をｎ型半導体基板として、該基板に、当
該基板の一部と、該基板の一部の上面に設けた金属電極
とによってショットキーダイオード領域を形成してある
ことを特徴とする光モジュール。
【請求項４】請求項１に記載の光モジュールにおい
て、前記温度検知部をｐｎ接合ダイオードを以て構成してい
ることを特徴とする光モジュール。
【請求項５】請求項４に記載の光モジュールにおい
て、前記半導体基板をｎ型半導体基板として、該基板に、当
該基板の一部と、該基板の上面の一部に形成したｐ型領
域とによってｐｎ接合ダイオード領域が形成してあるこ
とを特徴とする光モジュール。
【請求項６】請求項１に記載の光モジュールにおい
て、前記温度検知部を拡散抵抗を以て構成していることを特
徴とする光モジュール。
【請求項７】請求項６に記載の光モジュールにおい
て、前記半導体基板をｎ型半導体基板として、該基板の一部
にｐ型拡散抵抗領域を形成してあることを特徴とする光
モジュール。
【請求項８】請求項１に記載の光モジュールにおい
て、前記温度検知部を抵抗体を以て構成していることを特徴
とする光モジュール。
【請求項９】請求項８に記載の光モジュールにおいて
前記基板の上面の一部に絶縁膜を介して前記抵抗体が形
成してあることを特徴とする光モジュール。
【請求項１０】半導体基板と、該半導体基板にモノリ
シックに一体形成され、該半導体基板に搭載される素子
の温度を検知するための温度検知部とを具える放熱基
板。
【請求項１１】請求項１０に記載の放熱基板におい
て、前記素子を光素子とすることを特徴とする放熱基板。
【請求項１２】請求項１０に記載の放熱基板におい
て、前記温度検知部をショットキーダイオードを以て構成し
ていることを特徴とする放熱基板。
【請求項１３】請求項１２に記載の放熱基板におい
て、前記半導体基板をｎ型半導体基板として、該基板に、当
該基板の一部と、該基板の一部の上面に設けた金属電極
とによってショットキーダイオード領域を形成してある
ことを特徴とする放熱基板。
【請求項１４】請求項１０に記載の放熱基板におい
て、前記温度検知部をｐｎ接合ダイオードを以て構成してい
ることを特徴とする放熱基板。
【請求項１５】請求項１４に記載の放熱基板におい
て、前記半導体基板をｎ型半導体基板として、該基板に、当
該基板の一部と、該基板の上面の一部に形成したｐ型領
域とによってｐｎ接合領域が形成してあることを特徴と
する放熱基板。
【請求項１６】請求項１０に記載の放熱基板におい
て、前記温度検知部を拡散抵抗を以て構成していることを特
徴とする放熱基板。
【請求項１７】請求項１６に記載の放熱基板におい
て、前記半導体基板をｎ型半導体基板として、該基板の一部
にｐ型拡散抵抗領域を形成してあることを特徴とする放
熱基板。
【請求項１８】請求項１０に記載の放熱基板におい
て、前記温度検知部を抵抗体を以て構成していることを特徴
とする放熱基板。
【請求項１９】請求項１８に記載の放熱基板におい
て、前記基板の上面の一部に絶縁膜を介して前記抵抗体が形
成してあることを特徴とする放熱基板。