(57)【要約】【課題】  外的要因による熱クロストークの影響を受けるという課題を解決する。【解決手段】  温度調整素子２０上に実装したＰＬＣ素子３０をモジュール外壁５０で覆う構造の光モジュールにおいて、ＰＬＣ素子３０とモジュール外壁５０との間に、ＰＬＣ素子３０を覆う形状の中間壁６０を設けた。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
温度調整素子上に実装したＰＬＣ素子をモジュール外壁で覆う構造の光モジュールにおいて、
前記ＰＬＣ素子と前記モジュール外壁との間に、前記ＰＬＣ素子を覆う形状の中間壁を設けたことを特徴とする光モジュール。
【請求項２】
前記中間壁が、前記温度調整素子に熱接触して位置し、前記ＰＬＣ素子の回りを覆う構造であることを特徴とする請求項１に記載の光モジュール。
【請求項３】
前記中間壁を前記ＰＬＣ素子の上面に実装したことを特徴とする請求項１に記載の光モジュール。
【請求項４】
配線上に半田を形成した前記ＰＬＣ素子上に、前記ＰＬＣ３２素子の前記配線と対応する位置に配線を形成した前記中間壁を位置合わせし、加熱によって前記半田を溶解することにより、前記ＰＬＣ素子と前記中間壁の電極間を接合し、電気的かつ熱的に接続したことを特徴とする特徴とする請求項３に記載の光モジュール。
【請求項５】
前記温度調整素子上にサブマウントを実装し、前記サブマウントの上に前記ＰＬＣ素子３０と前記中間壁を実装し、前記中間壁と前記サブマウントとで前記ＰＬＣ素子を覆う構造としたことを特徴とする請求項１に記載の光モジュール。
【請求項６】
前記中間壁が、前記ＰＬＣ素子の上面を重点的に覆う形状であることを特徴とする請求項１から請求項５の何れかに記載の光モジュール。
【請求項７】
前記中間壁を、前記ＰＬＣ素子と前記モジュール外壁のほぼ中間に位置するように実装したことを特徴とする請求項１から請求項６の何れかに記載の光モジュール。
【請求項８】
前記中間壁の材質として、熱伝導性の高い材料を用いることを特徴とする請求項１から請求項７の何れかに記載の光モジュール。
【請求項９】
前記中間壁の熱膨張係数を前記ＰＬＣ素子の熱膨張係数と合わせることを特徴とする請求項１から請求項８の何れかに記載の光モジュール。
【請求項１０】
前記中間壁の材質が、シリコン、ガラス、金属又はセラミックの何れかであることを特徴とする請求項１から請求項９の何れかに記載の光モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光モジュール構造に関し、特に、ＰＬＣ（Ｐｌａｎａｒ  Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ  Ｃｉｒｃｕｉｔ：平面光回路）素子を実装した光モジュールに関する。
に関する。
【背景技術】
【０００２】
ブロードバンド時代を迎え、光ファイバの効率的な活用に向け、複数の光波長の通信が可能なＷＤＭ（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）伝送システムの導入が進んでおり、最近では数十の光波長を多重化し、さらに高速な伝送を可能にするＤＷＤＭ装置（高密度波長分割多重装置）の活用も拡がっている。
【０００３】
これに伴い、各ＷＤＭ伝送システムには、光波長毎に対応した光源が必要となり、高多重化に伴いその必要数は飛躍的に増加している。更に最近では、任意波長を各ノードでＡｄｄ／Ｄｒｏｐ（追加し又は取り出す）するＲＯＡＤＭ（Ｒｅｃｏｎｆｉｇｕｒａｂｌｅ  ｏｐｔｉｃａｌ  ａｄｄ／ｄｒｏｐ  ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒｓ）の商用化が進行している。
【０００４】
これらのシステムを導入すれば、波長多重による伝送容量の拡大に加え、波長を変えることによる光路切り換えが可能となり、光ネットワークの自由度が飛躍的に高まる。
【０００５】
しかし、上記の波長多重通信システムでは、伝送容量の増大に伴ってチャンネル数が飛躍的に増大し、制御が複雑化しているという側面もある。例えば、数十個の光源を、各チャンネル毎に高度なレベルで個別制御し、なおかつ低価格化・小型化を実現するには、制御性の良い光素子を１チップに高密度に集積化することが必須となる。
【０００６】
この要件を満たすデバイスを実現する方法として、ＰＬＣ（Ｐｌａｎａｒ  Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ  Ｃｉｒｃｕｉｔ：平面光回路）技術が注目され、これまで様々な素子が１チップに集積化されてきている。
【０００７】
これまでの集積化において問題となっていたのは、現在主に用いられているガラスベースのＰＬＣデバイスにおいて、動的機能を実現する基本素子である熱光学位相シフタの消費電力が４００ｍＷ程度と大きいことであった。この点においては、昨今の技術開発の進展により、それまでの１／１００程度にまで低消費電力化が可能な技術が現実味を帯びるなど、光機能の高密度集積化に有利な状況となってきている。
【０００８】
上述した熱光学位相シフタの低消費電力化技術としては、基板への熱拡散を防ぐために断熱性を向上して投入電力を有効利用する方法、あるいは材料を変更するなどして変化部分の熱感度を向上させる方法があるが、何れの方法とも気温変動等の外的要因で熱が流入／流出することによる影響を受けやすくなる傾向がある。
【０００９】
一般的な光モジュール構造では、図７に示すように、温度制御された場所、例えばペルチェ素子等の温度調整素子１００上に、光機能集積ＰＬＣ素子１１０を半田実装し、それらをモジュール外壁１２０で覆って保護する構造となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特表２００２−５１６５９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上述した光モジュールの構造では、モジュール外壁１２０は温度コントロールされないため外気温度とほぼ同じであり、外壁温度とＰＬＣ素子１１０との温度差が発生すると、僅かな熱がモジュール外壁とＰＬＣ素子間で交換されることになる。
【００１２】
この僅かな熱交換（熱クロストーク）は、大きな消費電力の素子であれば問題にはならなかったが、素子の低消費電力化により相対的に影響が大きくなり、無視できなくなってきている。
【００１３】
そのため、特に厳しい性能が要求される光ネットワーク分野においては、光機能の高密度集積化が可能になった反面、これまでのパッケージ構造のままでは外的要因からの熱クロストークを防ぐことができず、幅広い温度での動作を保障することが困難という問題が顕在化している。
【００１４】
また、特許文献１には、モジュール外壁を外側容器と内側容器の二重構造で間に断熱材を介在させた構造とすることで上述した熱交換の影響を少なくするための技術が関連技術として記載されているが、この特許文献１記載の構造によっても、モジュール外壁とＰＬＣ素子間の外的要因による熱クロストークを十分に緩和することができないという問題が残る。
【００１５】
（発明の目的）
本発明の目的は、外的要因による熱クロストークを緩和することが可能な光モジュールを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明の光モジュールによれば、温度調整素子上に実装したＰＬＣ素子をモジュール外壁で覆う構造の光モジュールにおいて、ＰＬＣ素子とモジュール外壁との間に、ＰＬＣ素子を覆う形状の中間壁６０を設けた。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、外的要因による熱クロストークを緩和することができ、安定した温度特性を有する光モジュールを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１の実施の形態による光モジュールの構造例を示す図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態による光モジュールの構造例を示す図である。
【図３】第２の実施の形態において中間壁から外部に配線を取り出すための構造と製造方法を示す図である。
【図４】本発明の第３の実施の形態による光モジュールの構造例を示す図である。
【図５】第３の実施の形態による光モジュールにおけるＰＬＣ素子の具体的な構造例を示す図である。
【図６】図５に示す光モジュールにおいて中間壁を設けた場合と設けない場合の各部の温度勾配を示す図である。
【図７】一般的な光モジュールの構造例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００２０】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態による光モジュールの構造を示す模式図である。
【００２１】
図１において、光モジュール１０は、温度制御された箇所である温度調整素子２０（例えば、ペルチェ素子）の上にＰＬＣ素子３０とＬＤ（Ｌａｓｅｒ  Ｄｉｏｄｅ：レーザダイオード）等の光学部品４０が実装され、ＰＬＣ素子３０とモジュール外壁５０の間に、ＰＬＣ素子３０の温度制御を行う温度調整素子２０に熱接触して位置する中間壁６０を設けた構造である。
【００２２】
この第１の実施の形態では、中間壁６０によって温度が一定に保たれていれば良いので、図１のように、中間壁６０を温度調整素子２０の上にＰＬＣ素子３０と共に実装した構造としている。
【００２３】
図１に示すような構造とすることで、外部からＰＬＣ素子３０への伝熱は、常に温度制御がされている中間壁６０によって遮断されるため、中間壁６０内部は温度平衡状態を保つことができる。
【００２４】
この中間壁６０は、主にＰＬＣ素子３０とモジュール外壁６０の間の熱クロストークを防ぐためのものであるため、必要十分な温度平衡状態保持が可能であれば、ＰＬＣ素子３０を完全に覆う形状でなくともよい。
【００２５】
例えば、光モジュール１０がレーザ素子であれば、図１のように光出力位置が開いた構造でも構わない。あるいは、モジュール外壁５０側面との距離が十分にあり、モジュール外壁５０上面との熱クロストークを防ぐことが問題である場合、ＰＬＣ素子３０上面を重点的に中間壁６０で覆う形状としてもよい。
【００２６】
（第２の実施の形態）
図２は、本発明の第２の実施の形態による光モジュール１０の構造を示す模式図である。
【００２７】
図２において、第２の実施の形態による光モジュール１０は、中間壁６０によってＰＬＣ素子３０の温度が一定に保たれていればよいので、ＰＬＣ素子３０の表面上に中間壁６０を実装した構造としている。
【００２８】
図２に示すように、ＰＬＣ素子３０上に中間壁６０を実装する場合において、中間壁６０から外部に配線を取り出すための構造と製造方法を、図３を参照して説明する。
【００２９】
シリコン基板３２上にＰＬＣ（平面光回路）３１を形成し、さらに細線ヒータ８０、電極配線８１、中間壁固定用電極８２を形成することでＰＬＣ素子３０を作製する（図３（Ａ））。そして、電極配線８１と中間壁固定用電極８２の上にさらに半田８４、８５を半田バンプ等により形成する（図３（Ｂ））。
【００３０】
この場合の電極としては、Ｔｉ／Ａｕ電極膜等を用い、半田としては金すず（ＡｕＳｎ）半田等を用いる。
【００３１】
ガラスやセラミック等で作製した中間壁６０には、ＰＬＣ３２素子３０の電極配線８１、中間壁固定用電極８２と対応する位置に電気的な接合を行うための表面電極８６、８７をスパッタ、メッキ等によって形成する（図３（Ｃ）、（Ｄ））。
【００３２】
そして、ＰＬＣ素子３０の表面上に中間壁６０を位置合わせして３００度程度に加熱して半田８４、８５を溶解することにより、ＰＬＣ素子３０と中間壁６０の電極間が接合する。これにより、電気的な接続が行われると共に、熱的な接続が行われる。
【００３３】
（第３の実施の形態）
図４は、本発明の第３の実施の形態による光モジュール１０の構造を示す模式図である。
【００３４】
図４において、第３の実施の形態による光モジュール１０は、温度調整素子の上にサブマウント７０を実装し、そのサブマウント７０の上にＰＬＣ素子３０と中間壁６０を実装し、中間壁６０とサブマウント７０とでＰＬＣ素子３０を覆う構造としている。
【００３５】
なお、図４のように、サブマウント７０と共に実装する場合は、予めサブマウント７０上に配線を形成しておき、所定の場所へＰＬＣ素子３０やその他光学部品４０を実装してから中間壁６０を実装すれば、最後にまとめてパッケージ内へ入れることができるため、組み立て工程を単純にする意味でも好ましい。
【００３６】
上記各実施の形態において、中間壁６０の実装に際しては、熱接触が確実に取れるよう、金属半田やガラス半田、薄い接着剤等で実装することが望ましい。特に、第２の実施の形態のように、ＰＬＣ素子３０の表面に中間壁６０を実装する場合であって、熱光学位相シフタを駆動するための電極との絶縁を考慮する必要がある場合には、絶縁体であるガラス半田や接着剤を用いることが望ましい。
【００３７】
中間壁６０の材質としては、モジュール外壁５０から流れ込んだ熱をＰＬＣ素子３０に伝えることなく逃がす必要があるため、熱伝導性の高い材料であることが望ましい。さらに、中間壁６０を加熱接着する場合には、熱応力の影響が残るため、ＰＬＣ素子３０と熱膨張係数を合わせることが望ましい。
【００３８】
例えば、シリコン基板からなるＰＬＣ素子３０上に中間壁６０を実装する場合には、中間壁６０の材料としてシリコンや、熱膨張係数を合わせたガラス、熱膨張係数の小さい金属であるコバール、アルミ、銅等を用いることができる。温度調整素子２０上に実装する場合や、サブマウント７０と共に実装する場合には、セラミックを用いることができる。
【００３９】
中間壁６０は、ＰＬＣ素子３０とモジュール外壁５０のほぼ中間に位置するように設けるのが好ましい。すなわち、中間壁６０の壁面がモジュール外壁５０に近すぎると、中間壁６０とモジュール外壁５０との熱交換が行われることで、温度制御用の消費電力が外的要因により大きく変動してしまう。逆に、ＰＬＣ素子３０に近すぎると、ＰＬＣ素子３０上に集積された低消費電力素子と中間壁６０との間で熱交換が行われ、低消費電力特性が劣化する可能性がある。
【００４０】
しかし、必ずしもＰＬＣ素子３０とモジュール外壁５０の中間に設ける必要はなく、これら温度制御用の消費電力の変動や低消費電力特性の劣化等を極力抑えることができる範囲に中間壁６０を設ければ、ＰＬＣ素子３０への外的要因による熱クロストークを十分に緩和することができる。
【００４１】
次に、ＰＬＣ素子３０とモジュール外壁５０間に中間壁６０を設けた場合の具体的な効果について図５及び図６を参照して説明する。
【００４２】
図５に、図４に示した第３の実施の形態のように、サブマウント７０の上にＰＬＣ素子３０を実装した場合の構造例を示している。この例では、サブマウント７０上にＰＬＣ３１とシリコン基板３２で形成したＰＬＣ素子３０を実装した構造としている。
【００４３】
ＰＬＣ３１には、図示のようにブリッジ等を介してコア３４を埋め込んだ導波路３３が形成されている。また、この導波路３３下部に位置するシリコン基板３２に凹みを形成することにより、導波路３３がシリコン基板３２から完全に浮かせた構造としている。また、導波路３３上には、コア３４を温度制御するための細線ヒータ３５を設けている。
【００４４】
上述した第１から第３の実施の形態に示す構造を用いることで、低消費電力化メリットを損なうことなく外的要因による熱クロストークを緩和することができ、安定した温度特性を有する光モジュールを実現することができる。
【００４５】
図５に示すようなＰＬＣ素子３０を備える光モジュールにおいて、中間壁６０を設けた場合と設けない場合の各部の温度勾配を図６に示す。
【００４６】
図６において、Ｔｓは温度調整素子２０で制御されたシリコン基板３２の温度、Ｔｃは導波路３３のコア３４の温度、Ｔｏはモジュール外壁５０の外の温度（外気温度）、Ｔｈは細線ヒータ３５の温度を表している。
【００４７】
図６（Ａ）はＰＬＣ素子３０とモジュール外壁との間に中間壁６０を設けない場合の温度勾配、図６（Ｂ）はＰＬＣ素子３０とモジュール外壁５０との間に中間壁６０を設けた場合の温度勾配である。
【００４８】
外気温度Ｔｏが３５℃、シリコン基板３２の温度Ｔｓが２５℃の状態で、コア３４の温度Ｔｃを所定の温度（例えば、６５℃）に制御するために、細線ヒータ３５の温度Ｔｈを、例えば７０℃としている場合の温度勾配を実線で示している。図６から、中間壁６０を設けた場合には、モジュール外壁５０を通して伝わる外気からの熱が中間壁６０で遮断されていることが分かる。
【００４９】
また、図６において、外気温度Ｔｏが例えば３５℃から７０℃のように急激に変化した場合の温度勾配を破線で示している。
【００５０】
図６（Ａ）の中間壁６０を設けない場合には、細線ヒータ３５からモジュール外壁５０間の熱抵抗が細線ヒータ３５からシリコン基板３２間の熱抵抗と近くなるため、外気温度Ｔｏが変化すると、細線ヒータ３５の温度が外気温度の影響を受けてしまい、図示の破線で示すように、コア３４の温度Ｔｃが変化してしまう。
【００５１】
これに対して、図６（Ｂ）の中間壁６０を設けた場合には、外気温度Ｔｏの変化が中間壁６０で遮断されるため、外気温度の変化に伴う熱クロストークの影響を受けず、中間壁６０とシリコン基板３２間の状態が外気温度変化前の状態に保たれる。
【００５２】
以上好ましい実施の形態と実施例をあげて本発明を説明したが、本発明は必ずしも、上記実施の形態及び実施例に限定されるものでなく、その技術的思想の範囲内において様々に変形して実施することができる。
【符号の説明】
【００５３】
１０：光モジュール
２０：温度調整素子
３０：ＰＬＣ素子
４０：光学部品
５０：モジュール外壁
６０：中間壁
７０：サブマウント
８１：電極配線
８２：中間壁固定用電極
８４、８５：半田
８６、８７：表面電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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