(57)【要約】【課題】  部品数が少なく、小型の冷却機能付き電気−光変換モジュールを提供することにある。【解決手段】  光信号を送信あるいは受信する半導体素子７２と、その半導体素子７２を固定するステム７３ｓと、半導体素子７２をカバーするキャップ７３ｃと、半導体素子７２に電気信号を印加あるいは半導体素子７２からの電気信号を伝送するリード７６とを備え、ステム７３ｓに、ペルチェ素子３と、そのペルチェ素子３の両面に設けられる吸熱用熱伝導部材４及び放熱用熱伝導部材５とで構成される放熱手段２を設け、吸熱用熱伝導部材４に半導体素子７２を設けたものである。【選択図】  図１
2005303242.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光信号を送信あるいは受信する半導体素子と、その半導体素子を固定するステムと、前記半導体素子をカバーするキャップと、前記半導体素子に電気信号を印加あるいは前記半導体素子からの電気信号を伝送するリードとを備え、前記ステムに、ペルチェ素子と、そのペルチェ素子の両面に設けられる吸熱用熱伝導部材及び放熱用熱伝導部材とで構成される放熱手段を設け、前記吸熱用熱伝導部材に前記半導体素子を設けたことを特徴とする冷却機能付き電気−光変換モジュール。
【請求項２】
光信号を送信あるいは受信する半導体素子と、その半導体素子を固定するステムと、前記半導体素子をカバーするキャップと、前記半導体素子に電気信号を印加あるいは前記半導体素子からの電気信号を伝送するリードとを備え、前記ステムに、ペルチェ素子と、そのペルチェ素子の両面に設けられる吸熱用熱伝導部材及び放熱用熱伝導部材とで構成される放熱手段を設け、前記吸熱用熱伝導部材にサブマウントを介して前記半導体素子を設けたことを特徴とする冷却機能付き電気−光変換モジュール。
【請求項３】
前記ペルチェ素子が前記ステムを貫通し、前記ステムと前記キャップとで構成されるパッケージ外に前記放熱用熱伝導部材が配置される請求項１または２記載の冷却機能付き電気−光変換モジュール。
【請求項４】
前記半導体素子は端面発光型あるいは面発光型の半導体レーザ素子であり、その半導体レーザ素子の光軸を前記ステムの中心軸に一致させた請求項１〜３いずれかに記載の冷却機能付き電気−光変換モジュール。
【請求項５】
前記放熱手段を前記ステム上に前記ステムの中心からオフセットさせて配置した請求項１〜４いずれかに記載の冷却機能付き電気−光変換モジュール。
【請求項６】
前記放熱手段を前記ステム上に前記ステムの中心に配置し、前記吸熱用熱伝導部材の上面に前記半導体素子を設けた請求項１〜５いずれかに記載の冷却機能付き電気−光変換モジュール。
【請求項７】
前記サブマウントを前記吸熱用熱伝導部材の上面に設けた請求項２記載の冷却機能付き電気−光変換モジュール。
【請求項８】
前記サブマウントの側面に前記半導体素子を設けた請求項７記載の冷却機能付き電気−光変換モジュール。
【請求項９】
前記半導体素子に臨ませて光信号をモニタするモニタ用半導体素子を設けた請求項１〜８いずれかに記載の冷却機能付き電気−光変換モジュール。
【請求項１０】
前記ペルチェ素子に駆動電力を供給するリードを前記放熱用熱伝導部材に接合した請求項１〜９いずれかに記載の冷却機能付き電気−光変換モジュール。
【請求項１１】
前記放熱用熱伝導部材にはんだ付け用パターンを形成した請求項１０記載の冷却機能付き電気−光変換モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子を、パッケージ内の放熱手段に設けた電気−光変換モジュールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子は、電力を消費すると熱が発生するので、この熱によって特性が劣化したり、期待した性能が出なくなったり、素子自身や素子が搭載された電気−光変換モジュール、さらに電気−光変換モジュールが組み込まれた電子機器の安定度を悪くしたりする。このため、発生した熱を逃がし、素子自身や電気−光変換モジュールの温度上昇を抑えることが重要である。
【０００３】
図７に示すような電気−光変換モジュール７１は、半導体レーザ（ＬＤ）素子７２を、金属からなるパッケージ７３内の金属からなるヒートシンク（コラム）７４に、セラミックスからなるサブマウント７５を介して固定したものである。
【０００４】
パッケージ７３は、円盤状のステム７３ｓと、そのステム７３ｓの上面およびＬＤ素子７２を覆う（カバーする）円筒状のキャップ７３ｃとで構成される。このパッケージ７３は、一般にＣａｎパッケージと言われているものであり、ＬＤ素子７２を収納した安価な電気−光変換モジュール（ＬＤモジュール）のパッケージとして、最もよく使用される。
【０００５】
ステム７３ｓ上にはヒートシンク７４が固定され、ステム７３ｓにはステム７３ｓを貫通するリード７６が複数本取り付けられる。ヒートシンク７４は、ステム７３ｓとは別部品で構成してもよいし、もしくはステム７３ｓと一体形成されていてもよい。キャップ７３の上部にはＬＤ素子７２のレーザ光Ｌを集光するレンズ７７が取り付けられる。
【０００６】
ＬＤ素子７２のカソードは、ＬＤ素子７２の表面に形成された金メッキからなる電極７８とリード７６とをワイヤ７９でワイヤボンディングすることによって、リード７６と電気的に接続される。
【０００７】
また、ＬＤ素子７２の裏面であるアノードは、サブマウント７５に、サブマウント７５に形成された金メッキからなる電極８０を介して半田固定される。ＬＤ素子７２が半田固定されたサブマウント７５は、ヒートシンク７４に半田固定される。
【０００８】
詳細は図示していないが、ステム７３ｓがアノードタイプの場合、ＬＤ素子７２のアノードは、電極８０とサブマウント７５とを貫通するビアによって、もしくは電極８０とヒートシンク７４とをワイヤでボンディングすることによって、ヒートシンク７４と電気的に接続される。フローティングタイプの場合には、ＬＤ素子７２のアノードは、電極８０と別のリード７６とをワイヤでワイヤボンディングすることによって、別のリード７６と電気的に接続される。
【０００９】
ＬＤ素子７２はとても小さく、取り扱いや位置決めが難しいので、上述したように、予めサブマウント７５に固定して取り扱いを容易にしてあり、このサブマウント７５がヒートシンク７４に固定される。
【００１０】
電気−光変換モジュール７１では、ＬＤ素子７２から発生した熱を、サブマウント７５からヒートシンク７４へ伝え、さらにヒートシンク７４からステム７３ｓおよびキャップ７３ｃに伝えてパッケージ７３の外部へ放熱させることで、パッケージ７３内の温度上昇を抑えている。
【００１１】
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、次のものがある。
【００１２】
【特許文献１】特許第２９５９６７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、電気−光変換モジュール７１は、ヒートシンク７４によって放熱効果を高めているものの、ＬＤ素子７２を積極的に強制冷却していないので、パッケージ７３内の温度上昇を十分に抑えていないという問題がある。
【００１４】
そこで、本発明の目的は、部品数が少なく、小型の冷却機能付き電気−光変換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】
【００１５】
本発明は上記目的を達成するために創案されたものであり、請求項１の発明は、光信号を送信あるいは受信する半導体素子と、その半導体素子を固定するステムと、前記半導体素子をカバーするキャップと、前記半導体素子に電気信号を印加あるいは前記半導体素子からの電気信号を伝送するリードとを備え、前記ステムに、ペルチェ素子と、そのペルチェ素子の両面に設けられる吸熱用熱伝導部材及び放熱用熱伝導部材とで構成される放熱手段を設け、前記吸熱用熱伝導部材に前記半導体素子を直接設けた冷却機能付き電気−光変換モジュールである。
【００１６】
請求項２の発明は、光信号を送信あるいは受信する半導体素子と、その半導体素子を固定するステムと、前記半導体素子をカバーするキャップと、前記半導体素子に電気信号を印加あるいは前記半導体素子からの電気信号を伝送するリードとを備え、前記ステムに、ペルチェ素子と、そのペルチェ素子の両面に設けられる吸熱用熱伝導部材及び放熱用熱伝導部材とで構成される放熱手段を設け、前記吸熱用熱伝導部材にサブマウントを介して前記半導体素子を設け冷却機能付き電気−光変換モジュールである。
【００１７】
請求項３の発明は、前記ペルチェ素子が前記ステムを貫通し、前記ステムと前記キャップとで構成されるパッケージ外に前記放熱用熱伝導部材が配置される請求項１または２記載の冷却機能付き電気−光変換モジュールである。
【００１８】
請求項４の発明は、前記半導体素子は端面発光型あるいは面発光型の半導体レーザ素子であり、その半導体レーザ素子の光軸を前記ステムの中心軸に一致させた請求項１〜３いずれかに記載の冷却機能付き電気−光変換モジュールである。
【００１９】
請求項５の発明は、前記放熱手段を前記ステム上に前記ステムの中心からオフセットさせて配置した請求項１〜４いずれかに記載の冷却機能付き電気−光変換モジュールである。
【００２０】
請求項６の発明は、前記放熱手段を前記ステム上に前記ステムの中心に配置し、前記吸熱用熱伝導部材の上面に前記半導体素子を設けた請求項１〜５いずれかに記載の冷却機能付き電気−光変換モジュールである。
【００２１】
請求項７の発明は、前記サブマウントを前記吸熱用熱伝導部材の上面に設けた請求項２記載の冷却機能付き電気−光変換モジュールである。
【００２２】
請求項８の発明は、前記サブマウントの側面に前記半導体素子を設けた請求項７記載の冷却機能付き電気−光変換モジュールである。
【００２３】
請求項９の発明は、前記半導体素子に臨ませて光信号をモニタするモニタ用半導体素子を設けた請求項１〜８いずれかに記載の冷却機能付き電気−光変換モジュールである。
【００２４】
請求項１０の発明は、前記ペルチェ素子に駆動電力を供給するリードを前記放熱用熱伝導部材に接合した請求項１〜９いずれかに記載の冷却機能付き電気−光変換モジュールである。
【００２５】
請求項１１の発明は、前記放熱用熱伝導部材にはんだ付け用パターンを形成した請求項１０記載の冷却機能付き電気−光変換モジュールである。
【発明の効果】
【００２６】
以上説明したことから明らかなように、本発明によれば、次のような優れた効果を発揮する。
（１）部品数を少なくでき、かつ小型にできる。
（２）小型のパッケージで強制冷却機能を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明の好適実施の形態を添付図面にしたがって説明する。
【００２８】
図１は、本発明の好適実施の形態を示す冷却機能付き電気−光変換モジュールの斜視図であり、図２はその外観図である。
【００２９】
図１および図２に示すように、本実施の形態に係る冷却機能付き電気−光変換モジュール１は、光信号を送信する半導体素子としてのＬＤ素子７２を、金属からなるパッケージ７３内に収納して主に構成され、ＬＤモジュールとも呼ばれる。
【００３０】
パッケージ７３は、ＬＤ素子７２を固定する円盤状のステム７３ｓと、そのステム７３ｓの上面およびＬＤ素子７２を覆う（カバーする）略円筒状のキャップ（レンズキャップ）７３ｃとで構成されるＣａｎパッケージである。パッケージ７３は、例えば、Ｃｕ、Ｃｕ合金、ＣｕＷ、Ａｌ、Ｆｅなどの放熱性が高い金属で形成される。
【００３１】
ステム７３ｓには、パッケージ７３内のＬＤ素子７２などの部品をパッケージ７３外の部品と電気的に接続するための金属からなるリード７６が、ステム７３ｓの上下を貫通するように、すなわちパッケージ７３の内外を上下に貫通するように、複数本取り付けられる。リード７６は、ステム７３ｓに設けられるガラスなどの円筒状の絶縁材８０に挿通されることで、ステム７３ｓと絶縁・断熱され、かつパッケージ７３内の気密を保持する。キャップ７３ｃの上部にはＬＤ素子７２のレーザ光Ｌを集光するレンズ７７が取り付けられる。
【００３２】
さて、ステム７３ｓ上には、ＬＤ素子７２から発生する熱を放熱するための放熱手段としてのヒートシンク２が固定される。ステム７３ｓとヒートシンク２とは、例えば、半田付け、あるいは接着剤で固定される。ヒートシンク２の大きさは、図７で説明した電気−光変換モジュール７１のヒートシンク７４とほぼ同じであり、かつパッケージ７３内に収納できる程度である。
【００３３】
ヒートシンク２は、ＬＤ素子７２を冷却するペルチェ素子３と、そのペルチェ素子３の上面に取り付けられる吸熱用熱伝導部材（吸熱用カバー）４と、ペルチェ素子３の下面に取り付けられる放熱用熱伝導部材（放熱用カバー）５とで構成される。つまり、放熱用熱伝導部材５の底面は、ステム７３ｓの上面７３ｕに面で接触している。
【００３４】
吸熱用熱伝導部材４および放熱用熱伝導部材５は、例えば、Ｃｕ、Ｃｕ合金、ＣｕＷ、Ａｌ、Ｆｅなどの熱伝導性がよい（放熱性が高い）金属、あるいはセラミックスなどの線膨張係数が小さい材質で形成される。
【００３５】
吸熱用熱伝導部材４の一側面４ｓには、セラミックスからなる板状のサブマウント６を介してＬＤ素子７２が固定される。
【００３６】
本実施の形態では、端面発光型のＬＤ素子７２を使用しているので、ＬＤ素子７２は、ＬＤ素子７２の端面（発光面）からレンズ７７に向けて上方に出射されるレーザ光Ｌの光軸が、ステム７３ｓおよびキャップ７３ｃの中心軸と、レンズ７７の中心軸とに一致するように吸熱用熱伝導部材４にサブマウント６を介して固定される。すなわち、ＬＤ素子７２は、発光面がステム７３ｓの上面７３ｕに対して垂直となるように配置される。
【００３７】
また、吸熱用熱伝導部材４の一側面４ｓと、サブマウント６の表裏面（一側面６ｓおよびその反対側の側面）とは、ＬＤ素子７２のレーザ光Ｌの光軸に対して平行になるように平面加工される。
【００３８】
ＬＤ素子７２のカソードは、ＬＤ素子７２の表面に形成された金メッキからなる電極７とリード７６の平面部７６ｆとをワイヤ７９でワイヤボンディングすることによって、リード７６と電気的に接続される。
【００３９】
ワイヤ７９を打つ平面同士は、互いに平行でなくてはいけない。ワイヤ７９を打つ平面同士が互いに平行でないと、ワイヤボンディングが行えないからである。したがって、ワイヤ７９が打たれるリード７６の一端部（図１では上端部）には、吸熱用熱伝導部材４の一側面４ｓ、サブマウント６の表裏面（一側面６ｓおよびその反対側の側面）、電極７に対して平行になるように平面加工された平面部７６ｆが形成される。
【００４０】
また、ＬＤ素子７２の裏面であるアノードは、ＬＤ素子７２の搭載面であるサブマウント６の一側面６ｓに、サブマウント６に形成された金メッキからなる電極８を介して半田固定される。詳細は図示していないが、例えば、フローティングタイプの場合、ＬＤ素子７２のアノードは、電極８と別のリード７６とをワイヤでワイヤボンディングすることによって、別のリード７６と電気的に接続される。
【００４１】
ＬＤ素子７２は、リード７６を介してパッケージ７３外の部品から電気信号が印加されることで、その電気信号を光信号（レーザ光）Ｌに変換して上方に送信（出射）する。
【００４２】
同様にペルチェ素子３は、詳細は図示していないが、ワイヤボンディングすることによってさらに別のリード７６と電気的に接続される。
【００４３】
本実施の形態では、通常、ペルチェ素子が板状、あるいは直方体状なので、直方体状のペルチェ素子３と、板状あるいは略箱状の吸熱用熱伝導部材４および放熱用熱伝導部材５とで略直方体状のヒートシンク２を構成しているが、ヒートシンク２の形状は特に限定されず、ＬＤ素子７２を固定できる平坦な面を有する形状であればよい。
【００４４】
例えば、略円柱状、あるいは図７で説明したヒートシンク７４のように、キャップ７３ｃの内側面の曲率に合わせた扇形柱状片に、ＬＤ素子７２を搭載するための平面を形成した形状のヒートシンクを使用してもよい。これは、他の実施の形態についても同様である。
【００４５】
ペルチェ素子３の温度制御は、例えば、電気−光変換モジュール１が組み込まれた電子機器の制御手段により、ＬＤ素子７２に流れる電流を監視することで行う。また、吸熱用熱伝導部材４あるいはサブマウント６にサーミスタなどの温度センサを搭載し、その温度センサの温度を監視することで、ペルチェ素子３の温度制御を行ってもよい。
【００４６】
各部品がステム７３ｓに搭載、あるいは取り付けられた後、パッケージ７３内に室温で不活性なガス（例えば、Ｎ2 ）が充填されるように、ステム７３ｓとキャップ７３ｃとは、抵抗溶接で気密封止されて固定される。
【００４７】
本実施の形態の作用を説明する。
【００４８】
電気−光変換モジュール１に通電すると、ＬＤ素子７２から熱が発生する。このとき、ＬＤ素子７２は、ペルチェ素子３によって積極的に強制冷却される。より詳細には、ペルチェ素子３にジュール熱以外の熱の吸収が起こるように電流を流すことで、ＬＤ素子７２がペルチェ素子３によって積極的に強制冷却されるので、ＬＤ素子７２で発生した熱が、サブマウント６、吸熱用熱伝導部材４、ペルチェ素子３、放熱用熱伝導部材５の順で移動し、さらにステム７３ｓおよびキャップ７３ｃ（図１参照）に伝わってパッケージ７３の外部へ放熱される。
【００４９】
これにより、電気−光変換モジュール３１は、ＬＤ素子７２の冷却とＬＤ素子７２で発生した熱の放熱とを効率よく行えるので、ＬＤ素子７２の特性が劣化するような過剰に高い温度にならない。したがって、電気−光変換モジュール１は、パッケージ７３内の温度上昇を十分に抑えることができる。
【００５０】
特に、ヒートシンク２は、ペルチェ素子３の上面に吸熱用熱伝導部材４を取り付けているので、ペルチェ素子３の上部に熱が均一になるペルチェ素子３の吸熱面を形成でき、ＬＤ７２から発生した熱を効率よく吸熱できる。さらに、ＬＤ素子７２を固定するためのスペースも確保できる。
【００５１】
一方、ヒートシンク２は、ペルチェ素子３の下面に放熱用熱伝導部材５を取り付けているので、ペルチェ素子３の下部に熱が均一になるペルチェ素子３の放熱面を形成でき、ＬＤ素子７２から発生した熱を効率よく放熱できる。
【００５２】
つまり、ヒートシンク２は、ＬＤ素子７２を固定する土台部材あるいは柱部材をペルチェ素子で構成することで、土台部材あるいは柱部材に、さらにＬＤ素子７２を強制冷却する強制冷却機能を持たせたものである。すなわち、ヒートシンク２は、ペルチェ素子と図７で説明したヒートシンク７４とを一体化して共通にした部品である。特に、端面発光型のＬＤ素子７２の場合、必ず土台部材あるいは柱部材が使用されるので、本発明が有効である。
【００５３】
これにより、電気−光変換モジュール１は、パッケージ７３内に、冷却機能を有する部品のための新たなスペースを確保する必要がないので、冷却機能が付加されても、部品数を少なくでき、かつ小型にできる。そのため、小型のパッケージで強制冷却機能を実現できる。
【００５４】
また、電気−光変換モジュール１を光トランシーバなどの電子機器に組み込む場合、その基板あるいは筐体にステム７３ｓを接触させれば、放熱効果をより向上できる。
【００５５】
以下の図３〜図６で説明する第二〜第五の実施の形態では、電気−光変換モジュールの主要部のみを描いているが、どの実施の形態においても、パッケージの形状、大きさは同じである。
【００５６】
第二の実施の形態を説明する。
【００５７】
図３に示すように、冷却機能付き電気−光変換モジュール３１は、吸熱用熱伝導部材４にＬＤ素子７２を直接固定したものである。電気−光変換モジュール３１のその他の構成は、図１および図２の電気−光変換モジュール１と同じである。
【００５８】
電気−光変換モジュール３１は、電気−光変換モジュール１に比べると、サブマウント６（図１参照）がないので、ＬＤ素子７２の位置決めがやや難しくなるものの、部品数を少なくできるという利点がある。電気−光変換モジュール３１のその他の作用効果は、図１および図２の電気−光変換モジュール１と同じである。
【００５９】
第三の実施の形態を説明する。
【００６０】
図４に示すように、冷却機能付き電気−光変換モジュール４１は、図１のヒートシンク２の代わりに、ステム７３ｓを上下に貫通する、すなわちパッケージ７３（図１参照）内外を上下に貫通するヒートシンク４２をステム７３ｓに固定したものである。
【００６１】
ヒートシンク４２は、ステム７３ｓを上下に貫通する直方体状のペルチェ素子４３と、そのペルチェ素子４３の上面に取り付けられ、パッケージ７３内に配置される吸熱用熱伝導部材４と、ペルチェ素子４３の下面に取り付けられ、ステム７３ｓの下面７３ｄより下方となるパッケージ７３外に配置される放熱用熱伝導部材５とで構成される。
【００６２】
ステム７３ｓとペルチェ素子４３とは、パッケージ７３内の気密保持を考慮し、例えば、低融点ガラス、樹脂、接着剤などの封止部材４４によって固定される。
【００６３】
電気−光変換モジュール４１を光トランシーバなどの電子機器に組み込む場合、その基板あるいは筐体に放熱用熱伝導部材５を接触させれば、ステム７３ｓを介さずにＬＤ素子７２で発生した熱をパッケージ７３外に放熱できるので、図１の電気−光変換モジュール１に比べると、熱の伝わりがよくなり、放熱効果をさらに向上できる。
【００６４】
また、ペルチェ素子４３の体積が図１のペルチェ素子３よりも大きいので、ＬＤ素子７２の冷却と、ＬＤ素子７２で発生した熱のパッケージ７３外への放熱とをより効率よく行えるという利点がある。電気−光変換モジュール４１のその他の作用効果は、電気−光変換モジュール１と同じである。
【００６５】
第四の実施の形態を説明する。
【００６６】
図５に示すように、冷却機能付き電気−光変換モジュール５１は、吸熱用熱伝導部材４にＬＤ素子７２を直接固定したものである。電気−光変換モジュール５１のその他の構成は、図４の電気−光変換モジュール１と同じである。
【００６７】
電気−光変換モジュール５１は、電気−光変換モジュール４１に比べると、サブマウント６（図４参照）がないので、部品数を少なくできるという利点がある。電気−光変換モジュール５１のその他の作用効果は、図４の電気−光変換モジュール４１と同じである。
【００６８】
上記実施の形態では、半導体素子として端面発光型のＬＤ素子７２を使用した例で説明したが、以下に説明するように、半導体素子としては面発光型（ＶＩＣＳＥＬ型）のＬＤ素子を使用してもよい。
【００６９】
第五の実施の形態を説明する。
【００７０】
図６に示すように、冷却機能付き電気−光変換モジュール６１は、面発光型のＬＤ素子６２を、吸熱用熱伝導部材４の上面４ｕにサブマウント６を介して固定したものである。電気−光変換モジュール６１のその他の構成は、図１の電気−光変換モジュールと同じである。
【００７１】
第五の実施の形態では面発光型のＬＤ素子６２を使用しているので、ＬＤ素子６２は、ＬＤ素子６２の上面（発光面）からレンズ７７（図２参照）に向けて上方に出射されるレーザ光Ｌ６の光軸が、レンズ７７の中心軸に一致するように、吸熱用熱伝導部材４にサブマウント６を介して搭載される。すなわち、ＬＤ素子６２は、発光面がステム７３ｓの上面７３ｕに対して平行となるように配置される。
【００７２】
ＬＤ素子６２のカソードは、電極７とリード７６上端部の上面７６ｕとをワイヤ７９でワイヤボンディングすることによって、リード７６と電気的に接続される。リード７６上端部の上面７６ｕは、吸熱用熱伝導部材４の上面４ｕおよび電極７に対して平行になるように平面加工される。
【００７３】
電気−光変換モジュール６１によっても、図１の電気−光変換モジュール１と同じ作用効果が得られる。また、詳細は図示していないが、図３〜図５で説明した電気−光変換モジュール３１，４１，５１において、吸熱用熱伝導部材４の上面にＬＤ素子６２を搭載しても、電気−光変換モジュール３１，４１，５１と同じ作用効果が得られる。
【００７４】
上記実施の形態では、半導体素子としてＬＤ素子７２を使用した例で説明したが、半導体素子としては、例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ）素子、光信号を受信するためのフォトダイオード（ＰＤ）素子を使用してもよい。また、電気−光変換モジュールとしては、ＬＤモジュールに限らず、電力を消費すると発熱する半導体素子を備えたものであれば、ＬＥＤモジュール、ＰＤモジュールに限らず、いかなる半導体モジュールでもよい。
【００７５】
ところで、端面発光型のＬＤ素子は、前方端面と後方端面とから光を出射する。前方出射光を電気−光変換モジュールの出射光とした場合、後方出射光はＬＤ素子の発光の有無を確認したり発光強度をフィードバック制御するためのモニタ光として使用するのが一般的である。従って、これまで説明した図１、図３〜５の電気−光変換モジュール１，３１，４１，５１においてもＬＤ素子７２の下方にモニタＰＤを設けるとよい。ＬＤ素子７２から上方に出射されるレーザ光Ｌの光軸がステム７３ｓの中心軸に位置することから、下方に出射されるモニタ光もステム７３ｓの中心軸に位置するので、モニタＰＤもステム７３ｓの中心に実装することになる。
【００７６】
モニタＰＤを含めた構成として第六の実施の形態を説明する。
【００７７】
図８に示すように、冷却機能付き電気−光変換モジュール８１は、吸熱用熱伝導部材４の上面４ｕにサブマウント８６を介してＬＤ素子７２を固定したものである。ＬＤ素子７２のためのリード７６は、これまで説明したようにＬＤ素子７２の電極７に対して平行な平面部を持ち、この平面部から電極７へワイヤ７９のワイヤボンディングがなされている。また、ここではペルチェ素子３に電源を供給するリード７６も示されており、このリード７６はステム７３ｓの上面７３ｕと同じ高さにリード端面７６ｇを現しており、このリード７６のリード端面７６ｇからペルチェ素子３へワイヤ７９によりワイヤボンディングがなされている。そして、ＬＤ素子７２の直下にモニタＰＤ９１が配置されている。モニタＰＤ９１は、モニタ用サブマウント９２に装着され、モニタ用サブマウント９２がステム７３ｓの上面７３ｕに固定されている。モニタＰＤ９１は、別のリード７６のリード端面７６ｇからワイヤ７９によりワイヤボンディングがなされている。電気−光変換モジュール８１のその他の構成は、図１および図２の電気−光変換モジュール１と同じである。
【００７８】
電気−光変換モジュール８１は、これまで説明したものより厚み（高さ）のあるサブマウント８６を吸熱用熱伝導部材４の上面４ｕの端よりせり出して設けると共に、そのサブマウント８６のせり出した側面にＬＤ素子７２を取り付けてある。従って、別の側面から見ると、図９に示すように、ＬＤ素子７２から下方に出射されるモニタ光Ｌ’の光軸がモニタＰＤ９１に一致している。
【００７９】
一般にサブマウントは、ＬＤ素子とその取り付け対象物（ヒートシンク等、本発明の場合は吸熱用熱伝導部材４）との熱膨張係数の違いから発生する応力を緩和するために設けるものであり、放熱（吸熱）の観点からは厚みが薄いのが好ましい。しかし、ここではＬＤ素子７２とモニタＰＤ９１との光軸合わせがしやすいという利点を得るためサブマウント８６の厚みを増やして側面にＬＤ素子７２を取り付けた。サブマウント８６を吸熱用熱伝導部材４の上面４ｕ上で位置をずらせることで容易に光軸合わせができる。図８の電気−光変換モジュール８１のその他の作用効果は、図１および図２の電気−光変換モジュール１と同じである。
【００８０】
図９から明らかなように、ペルチェ素子３を有するヒートシンク２は、ステム７３ｓの中心からオフセットさせて配置されている。これにより、モニタＰＤ９１をモニタ光Ｌ’の光軸が通るステム７３ｓの中心に配置することが可能になる。
【００８１】
しかし、ステム７３ｓの中心からオフセットさせて配置するペルチェ素子３はステム７３ｓの面積に比して小さいものしか実装できない。逆に、モニタＰＤの配置を確保しつつ大型のペルチェ素子を実装しようとすると、電気−光変換モジュール全体を大きくせざるを得ない。そこで、電気−光変換モジュール全体の大きさは変えずに、ペルチェ素子を大型化できる構成として第七の実施の形態を説明する。
【００８２】
図１０に示すように、冷却機能付き電気−光変換モジュール１０１は、面発光型のＬＤ素子６２を、吸熱用熱伝導部材１０４の上面１０４ｕに直接固定したものである。ペルチェ素子１０３は、ステム７３ｓの中心に配置され、これまで説明したペルチェ素子よりも大型で冷却能力の高いものである。図示しないリードは図８のものと同様にステム７３ｓの上面７３ｕと同じ高さの端面を有し、放熱用熱伝導部材５の下面に接している。電気−光変換モジュール１０１のその他の構成は、図６の電気−光変換モジュールと同じである。
【００８３】
第七の実施の形態では面発光型のＬＤ素子６２を使用しているので、モニタ光は取り出せないが、モニタＰＤの必要がないことからペルチェ素子１０３の配置や大きさに制約がないので、大型で冷却能力の高いペルチェ素子１０３を使用することができる。図１０の電気−光変換モジュール１０１のその他の作用効果は、図６の電気−光変換モジュール１と同じである。
【００８４】
吸熱用熱伝導部材４の上面４ｕにＬＤ素子を配置するメリットはペルチェ素子を大きくできる点である。そこで、端面発光型のＬＤ素子を吸熱用熱伝導部材１０４の上面１０４ｕに配置する構成として第八の実施の形態を説明する。
【００８５】
図１１に示すように、冷却機能付き電気−光変換モジュール１１１は、端面発光型のＬＤ素子７２を吸熱用熱伝導部材１０４の上面１０４ｕにサブマウント８６を介して固定すると共にモニタＰＤ９１を吸熱用熱伝導部材４の上面１０４ｕに実装したものである。図１０と同様の大型のペルチェ素子１０３がステム７３ｓの中心に配置されている。サブマウント８６は図８と同様の厚みのあるもので、このサブマウント８６の側面にＬＤ素子７２が実装される。そして、ＬＤ素子７２及びモニタＰＤ９１の光軸がステム７３ｓの中心に位置するよう吸熱用熱伝導部材４上の配置が決定されている。
【００８６】
サブマウント８６は、図１２に示されるように、四角柱状に形成されている。ＬＤ素子７２は、前方端面から出射されるレーザ光Ｌの光軸が上を向くようサブマウント８６の側面に固定されている。ＬＤ素子７２の後方端面から下方に出射されるモニタ光Ｌ’の光軸がモニタＰＤ９１に一致している。
【００８７】
第八の実施の形態では、吸熱用熱伝導部材４の上面４ｕにＬＤ素子７２とモニタＰＤ９１を配置したので、ペルチェ素子１０３の配置や大きさに制約が緩和され、大型で冷却能力の高いペルチェ素子１０３を使用することができる。
【００８８】
次に、ワイヤボンディング箇所を減らして組み立てを容易にする構成として第九の実施の形態を説明する。
【００８９】
図１３（ａ）に示すように、冷却機能付き電気−光変換モジュール１３１は、２本のリード７６がステム７３ｓの上面７３ｕより少し高く出ており、これらリード７６の側面７６ｈが放熱用熱伝導部材５に接しており、はんだ付けされている。これまで説明を省いてきたが、放熱用熱伝導部材５には、ペルチェ素子３のための電極が設けられている。
【００９０】
図１３（ｂ）に示すように、ペルチェ素子３は、セラミック基板３０１上に複数のＮ型半導体３０２とＰ型半導体３０３とが交互に並ぶよう縦横に配置され、あるＮ型半導体３０２の上面から隣のＰ型半導体３０３へ上部電極３０４が差し渡され、そのＰ型半導体３０３の下面から別のＮ型半導体３０２の下面に下部電極３０５が差し渡されるようにして、順次、各半導体３０２，３０３が直列に接続され、その直列接続の始端と終端となる下部電極３０５にリード線等の接続用電極３０６が形成されたものである。接続用電極３０６は図１３（ａ）の放熱用熱伝導部材５の表面に固定するとよい。
【００９１】
この第九の実施の形態では、２本のリード７６が放熱用熱伝導部材５に接していることで、接続用電極３０６とリード７６とが直接はんだ付けできる。放熱用熱伝導部材５とを直接はんだ付けするようにしたので、ワイヤボンディング箇所が少なくなり、組み立てが容易になる。
【００９２】
第十の実施の形態を説明する。
【００９３】
図１４（ａ）及び図１４（ｂ）に示すように、冷却機能付き電気−光変換モジュール１４１は、放熱用熱伝導部材５の底面にはんだ付け用パターン１４２を形成したものである。リード７６はステム７３ｓの上面７３ｕと同じ高さにリード端面７６ｇを現しており、このリード端面７６ｇに放熱用熱伝導部材５のはんだ付け用パターン１４２が接するようヒートシンク２をステム７３ｓ上に配置し、はんだ付けやロー付けで接合するようになっている。
【００９４】
第十の実施の形態では、放熱用熱伝導部材５の底面にはんだ付け用パターン１４２を形成したので、第九の実施の形態よりも組み立てがいっそう容易になる。
【００９５】
さらに、図１４（ａ）に示した冷却機能付き電気−光変換モジュール１４１は、吸熱用熱伝導部材４を厚く形成し、その吸熱用熱伝導部材４の側面４ｓにメッキを施し、そのメッキ面に端面発光型のＬＤ素子７２を固定したものである。
【００９６】
吸熱用熱伝導部材４の側面４ｓは、メッキ以外に金属部材あるいはセラミック部材で覆うようにしても良く、その金属部材あるいはセラミック部材にＬＤを実装するとよい。
【００９７】
次に、図１４（図１その他についても同等）の冷却機能付き電気−光変換モジュール１４１を例に、ステム７３ｓの上面７３ｕにおけるリード７６のピン配列を説明しておく。
【００９８】
図１５に示した例では、ステム７３ｓの上面７３ｕには７種類のリード７６が配置されている。各リード７６を信号名称で区別すると、サーミスタ＃１、モニタＰＤ＃２、ＬＤ＃３、Ｄａｔａ＃４、ＴＥＣ（＋）＃５、ＴＥＣ（−）＃６、Ｇｎｄ＃７である。
【００９９】
サーミスタ＃１は第一の実施の形態（図１）で簡単に触れた温度センサの出力を取り出すリード７６である。モニタＰＤ＃２は第六の実施の形態（図８）以降で説明したモニタＰＤ９１の出力を取り出すリード７６である。ＬＤ＃３は図１などのＬＤ素子７２の駆動電圧を入力するリード７６である。Ｄａｔａ＃４はＬＤ素子の駆動信号を入力するリード７６である。ＴＥＣ（＋）＃５及びＴＥＣ（−）＃６は、ペルチェ素子３の両極のためのリード７６である。Ｇｎｄ＃７は共通アースを提供するリード７６である。
【０１００】
各リード７６は図１、図３等の形態のように平面加工された平面部７６ｆを形成したり、図８の形態のようにステム７３ｓの上面７３ｕと同じ高さにリード端面７６ｇを形成したり、図１３の形態のようにステム７３ｓの上面７３ｕより高く出るようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１０１】
【図１】本発明の好適実施の形態を示す冷却機能付き電気−光変換モジュールの主要部の斜視図である。
【図２】図１に示した冷却機能付き電気−光変換モジュールの外観図である。
【図３】第二の実施の形態を示す主要部の斜視図である。
【図４】第三の実施の形態を示す主要部の斜視図である。
【図５】第四の実施の形態を示す主要部の斜視図である。
【図６】第五の実施の形態を示す主要部の斜視図である。
【図７】従来の電気−光変換モジュールの斜視図である。
【図８】第六の実施の形態を示す主要部の斜視図である。
【図９】図８の電気−光変換モジュールの部分拡大側面図である。
【図１０】第七の実施の形態を示す主要部の斜視図である。
【図１１】第八の実施の形態を示す主要部の斜視図である。
【図１２】図１０の電気−光変換モジュールの部分拡大斜視図である。
【図１３】（ａ）は第九の実施の形態を示す主要部の斜視図、（ｂ）はペルチェ素子の内部構造の概略図である。
【図１４】（ａ）は第十の実施の形態を示す主要部の斜視図、（ｂ）は（ａ）のヒートシンクを倒立させて示した斜視図である。
【図１５】リード配置を示したステムの斜視図である。
【符号の説明】
【０１０２】
１  冷却機能付き電気−光変換モジュール
２  ヒートシンク（放熱手段）
３  ペルチェ素子
４  吸熱用熱伝導部材
５  放熱用熱伝導部材
６  サブマウント
７２  ＬＤ素子（半導体素子）
７３ｓ  ステム
７３ｃ  キャップ
７３  パッケージ
７６  リード
【図１】
2005303242.tif 000003
【図２】
2005303242.tif 000004
【図３】
2005303242.tif 000005
【図４】
2005303242.tif 000006
【図５】
2005303242.tif 000007
【図６】
2005303242.tif 000008
【図７】
2005303242.tif 000009
【図８】
2005303242.tif 000010
【図９】
2005303242.tif 000011
【図１０】
2005303242.tif 000012
【図１１】
2005303242.tif 000013
【図１２】
2005303242.tif 000014
【図１３】
2005303242.tif 000015
【図１４】
2005303242.tif 000016
【図１５】
2005303242.tif 000017