(57)【要約】【課題】  導波路を有する基板上に光素子を搭載した絶縁層を有する光モジュールにおいて、熱伝導を高めることで、光モジュールの熱抵抗を改善する。【解決手段】  導波路を有する基板１上に光素子７を搭載した絶縁層５を有する光モジュールにおいて、透明樹脂層８と高熱伝導性樹脂９を用いて光素子７から発生する熱を効率的に広く拡散する。また、絶縁層５を介してシリコン基板１上に搭載された光素子７、および光素子を駆動するための電気配線の一部若しくは全部の周囲を透明（光素子の波長で）樹脂８で覆い、さらにその上に熱伝導率の高い樹脂９で塗布等により覆う。【選択図】          図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導波路を有するシリコン基板上に絶縁層を介して光素子を搭載した光モジュールにおいて、前記光素子を透明樹脂層を介して高熱伝導性樹脂で覆うことを特徴とする光モジュール。
【請求項２】
前記透明樹脂層により前記光素子および該光素子を駆動するための電気配線の一部若しくは全部の周囲を覆い、さらに該透明樹脂層上に前記高熱伝導性樹脂を覆うことを特徴とする請求項１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、平面光導波回路を用いた光回路部品であって、特に光素子搭載する基板の作製を容易にする構造を有する光モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザーダイオードのような大電流を流す光素子では放熱構造を考慮することが極めて重要である。光導波路基板を用いて基板平面上に光ハイブリッド集積した従来の光モジュールにおいては、光素子をシリコンの表面にフリップチップ実装してシリコン基板に熱を逃がす放熱構造をとってきた（例えば、非特許文献１参照）。
【０００３】
図３にその従来例の構造を示す。図３の（ａ）に示すように、凹凸に加工したシリコン基板１上に石英導波路を形成して、光導波路のクラッド２−１、２−２と光導波路コア部分３のガラスを取り除き、シリコン基板の凸面１−１を露出させる。この凸面１−１に、半田膜６−１と電気配線６−２を形成し、光素子搭載部４を有する光導波路基板ができる。その光素子搭載部４の上に光素子７をフリップチップボンディングにより実装する。これにより光素子７で発生した熱が効率良くシリコン基板１に拡散して、光素子７の温度上昇が抑制される。
【０００４】
図３の（ｂ）は上記従来例の光モジュールの断面構造を示し、光素子７からシリコン基板１に熱が流れている様子を矢印３０で示している。光素子７で発生した熱は、半田膜６−１、及びパッシベーション膜（ガラス）５を介してシリコン基板１へと流れる。
【０００５】
【非特許文献１】橋本他、“ＰＬＣプラットフォーム上へパッシブアライメントによるＬＤ，モニターＰＤの搭載”、１９９６年電子情報通信学会総合大会Ｃ−２０６、ｐ２０６（１９９６）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述したように、従来技術では、凹凸シリコン基板１の上に光導波路を形成して光素子７をフリップチップ搭載することにより、光素子７の放熱を行ってきたが、このような構造においても、光素子７と光導波路基板１の間に介在するパッシベーション膜５がガラスなどの物質でできているために、無視できない熱抵抗が発生する。このように、従来技術では、シリコン基板１上の絶縁層５が熱抵抗を高めてしまうという解決すべき課題があった。
【０００７】
本発明の目的は、上述のような課題を解決し、導波路を有する基板上に光素子を搭載した絶縁層を有する光モジュールにおいて、光モジュールの熱抵抗を改善することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、請求項１の光モジュールの発明は、導波路を有するシリコン基板上に絶縁層を介して光素子を搭載した光モジュールにおいて、前記光素子を透明樹脂層を介して高熱伝導性樹脂で覆うことを特徴とする。
【０００９】
ここで、前記透明樹脂層により前記光素子および該光素子を駆動するための電気配線の一部若しくは全部の周囲を覆い、さらに該透明樹脂層上に前記高熱伝導性樹脂を覆うことを特徴とすることができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明では、導波路を有する基板上に光素子を搭載した絶縁層を有する光モジュールにおいて、透明樹脂層と高熱伝導性樹脂を用いて光素子から発生する熱を効率的に広く拡散するようにしたので、光モジュールの放熱を改善できる。
【００１１】
また、本発明によれば、絶縁層を介してシリコン基板上に搭載された光素子、および光素子を駆動するための電気配線の一部若しくは全部の周囲を透明（光素子の波長で）樹脂で覆い、さらにその上に熱伝導率の高い樹脂で塗布等により覆うようにしたので、光モジュールの放熱を改善することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
［参考例］
図１の（ａ）は比較のための従来例の断面構造を示し、図１の（ｂ）と（ｃ）は本発明の参考例の光モジュールの断面構造を示す。なお、図１は光素子搭載部上に光素子が搭載されている状態を示している。
【００１３】
図１の（ｂ）と（ｃ）に示すように、本参考例に用いた光導波路は、シリコン基板１上に形成した石英系光導波路である。光素子搭載部４は、シリコン基板１の全面を覆っていた光導波路のクラッド部分２−１、２−１の一部をエッチングにより除去して作製した。このとき、光素子搭載部４に利用されるシリコン表面はむき出しになり、光素子７とシリコン基板１とが絶縁できない状態になる。この絶縁をとるための構造として、本実施形態では、この光導波路基板全体の表面に約２μｍ程度のガラス膜５をパッシベーション膜として堆積した。
【００１４】
図１の（ａ）に示す従来の構造では、互いに接合する側の半田膜６の面積と光素子７の電極の面積とを同程度にしていたため、光素子７の接合部の面積、約２５０μｍ×２５０μｍを考慮すると、約２０℃／Ｗの熱抵抗がこの接合部分に発生することになる。ここで使用した光素子７はレーザーダイオード（ＬＤ）で、この熱抵抗によって、１００ｍＡの注入電流で駆動した場合、活性層部分７−１の熱が約２℃程度上昇した。
【００１５】
そこで、本参考例では、図１の（ｂ）に示すように、光素子７の大きさをそのままにして、使用している半田膜６の面積を１．５倍にした。従来では、半田膜６と光素子７の電極との面積を同程度にしていたので、従来に比べ、本実施形態の半田膜６の面積は光素子７の電極パッドよりも十分大きくなっている。
【００１６】
使用している半田膜６は４μｍの厚さのＡｕＳｎ半田であったので、半田膜６の断面積は約２５０μｍ×４μｍ×４辺程度であるが、半田膜６の熱伝導率が石英ガラスの約３００倍なので、光素子７の直下のガラス５による熱抵抗の約１／２０の値となって、図１の（ｃ）に示すように、半田膜６を通じて、より広い面積に光素子７からの熱が拡散し、素子直下部分２０のみならず、半田拡張部分２１を加えた断面積（この場合、もとの面積の１．５倍の面積）のガラス５を通じてシリコン基板１に放熱される。光素子７の搭載後の熱抵抗を測定したところ、約２割程度、絶縁層部分５の熱抵抗が減少した。
【００１７】
以上のように、本参考例では、電気配線の一部である半田膜６の面積を光素子７の電極面積よりも十分大きくとって、光素子搭載部４に配置するようにしたので、絶縁層５による熱抵抗を改善することが可能となる。
【００１８】
［第１の実施形態］
図２は本発明の第１の実施形態の光モジュールの断面構造を示し、光素子搭載部４上に光素子７が搭載されている状態を示している。本実施形態に用いた光導波路はシリコン基板上に形成した石英系光導波路である。
【００１９】
図２の本実施形態は前述の参考例と同様に作製し、光導波路基板１の全体の表面に約２μｍ程度ガラス膜５を堆積した。このため、本実施形態で用いた光素子としてのレーザーダイオード（ＬＤ）７の接合部の面積、約２５０μｍ×２５０μｍを考慮すると、約２０℃／Ｗの熱抵抗がこの部分に発生することになる。そこで、図２の（ａ）に示すように、本実施形態では、光素子７の周囲に透明シリコーン樹脂８を約２μｍ程度に薄く塗って、その外側にボロンナイトライドをフィラーとして含む約４Ｗ／（ｍ・℃）のガラスと比較して高熱伝導性の樹脂９を塗布した。ここで、光素子７と光導波路端面２−３の間隙は約２０μｍ程度あるが、シリコーン樹脂８の粘性によりこの間隙はシリコーン樹脂８により満たされ、光導波路コア３から出射した光が遮られることはなく、光素子活性層７−１へ入射する。高熱伝導性樹脂９の熱抵抗はガラスの約１／４程度であるから、高熱伝導性樹脂９で光素子７を覆うことにより、光素子７から発生する熱は図２の（ｂ）の矢印３０で示すような経路を通して高熱伝導性樹脂９側へも流れ、これにより放熱が改善される。
【００２０】
この光モジュールの熱抵抗を測定したところ、光素子７からシリコン基板１にかけての熱抵抗が約２割減少した。
【００２１】
ここでは、光素子７の周囲を高熱伝導率の樹脂９で覆ったが、光素子７および電気配線を透明な樹脂８で覆い、その上にメタル層（図示しない）を蒸着などで設けても同様の効果が得られる。
【００２２】
以上のように、本実施形態によれば、光素子７の周囲を透明な樹脂８で覆い、さらにその外側を熱伝導の高い樹脂９で覆うことにより、光モジュールの熱抵抗を簡便に、かつ効率的に下げることが可能となる。
【００２３】
［他の実施形態］
本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、例えば、本実施形態と上記の参考例を必要に応じて自在に組み合わせてもよい。また、上述の絶縁膜、透明樹脂、高熱伝導性樹脂等の具体的材質も上述の実施形態に限定されるものではない。また、本発明の光モジュールを構成する光素子は、レーザーダイオードに限定されず、発熱作用のため放熱が必要な光素子を有する光モジュールに対して本発明は好適である。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の参考例の原理を説明する図で、（ａ）は従来の光素子搭載部の構造を示す縦断面図、（ｂ）は本発明の参考例の光モジュールにおける光素子搭載部と放熱構造を示す正面側の縦断面図、（ｃ）は本発明の参考例の光素子搭載部において光素子で発生した熱がシリコン基板に放熱される際の経路を波線矢印で示す側面側の縦断面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態の光モジュールにおける光素子搭載部と放熱構造を示す図で、（ａ）はその光素子搭載部の構造を示す正面側の縦断面図、（ｂ）は光素子搭載部において、光素子で発生した熱がシリコン基板に放熱される際の経路を波線矢印で示す側面側の縦断面図である。
【図３】従来技術による光モジュールの構成例を示す図で、（ａ）はその光素子搭載部の構造を示す斜視図、（ｂ）はその光素子で発生した熱がシリコン基板に放熱される際の経路を波線矢印で示す正面側の縦断面図である。
【符号の説明】
【００２５】
１  シリコン基板
１−１  シリコン基板凸部
２  クラッド
２−１  アンダークラッド
２−２  オーバークラッド
２−３  光導波路端面
３  光導波路コア
４  光素子搭載部
５  ガラス（パッシベーション）膜、絶縁層
６  半田膜または電気配線
６−１  ＡｕＳｎ半田膜
６−２  電気配線
７  光素子
７−１  光素子活性層
７−２  光素子表面
８  透明樹脂
９  高熱伝導樹脂
１０  光軸
２０  光素子直下部分
２１  半田拡張部分
３０  熱の流れ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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