JPH09186276A - ダイヤモンドヒートシンクおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ダイヤモンドの側面に凹凸が生じず、加工が
容易で、歩留りがよく、かつ量産性の高いダイヤモンド
ヒートシンクを提供する。 【解決手段】 ダイヤモンドを含み少なくとも上下２面
に金属化処理が施された表面を有するダイヤモンドヒー
トシンクの製造方法において、ダイヤモンド多結晶体に
より準備する工程２０と、多結晶体の上下２面に金属膜
を形成する工程２１と、多結晶体の表面が格子状に露出
する露出部分を形成するように上下２面の少なくとも一
方の金属膜を選択的に除去する工程２２と、格子状の露
出部分が金属膜の部分を取り囲んで残存するように格子
状の露出部分に沿って多結晶体をレーザにより切断する
工程２３とを備えたことを特徴とする。

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、多結晶ダイヤモ
ンドの表面に金属化処理を施したダイヤモンドヒートシ
ンクおよびその製造方法に関し、特に、側面が平滑で上
下２面の金属膜間の電気抵抗を十分確保することができ
るダイヤモンドヒートシンクおよびその製造方法に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】ヒートシンク（放熱器）は、半導体レー
ザダイオード、ＬＥＤ（発光ダイオード）、半導体高周
波素子などのデバイスの動作時に発生する熱を効率よく
放散させるために用いられる。このヒートシンクの材料
は、使用するデバイスの発熱量によって選択される。ダ
イヤモンドは、熱伝導率が非常に高いという特性があ
る。そのため、発熱の量の多いデバイス、たとえば、高
出力半導体レーザ（通信用、光メモリ溶離、固体レーザ
励起用）の放熱部材としてダイヤモンドを用いた、ダイ
ヤモンドヒートシンクが用いられている。現状では、こ
のダイヤモンドヒートシンクには、天然もしくは合成の
単結晶ダイヤモンドおよび気相合成法により合成された
多結晶ダイヤモンドが主に用いられている。

【０００３】図９は、従来のダイヤモンドヒートシンク
の製造工程の工程図である。図９を参照して、まず、第
１の製造方法によれば、高圧合成法によって単結晶また
は気相合成法による多結晶ダイヤモンドが製造され、平
板状に加工される（ステップ１０１）。次に、このダイ
ヤモンドが、ダイヤモンドソーまたはレーザによって切
断される（ステップ１０２）。所定の形状に切断された
ダイヤモンドは、互いに隙間なく並べられて、金属化処
理が施される（ステップ１０３）。この金属化処理によ
り、ダイヤモンドの上下２面のみに金属化処理が施され
る。このようにして、第１の製造方法によるダイヤモン
ドヒートシンクは完成する。

【０００４】次に、第２の製造方法によれば、第１の製
造方法と同様に平板状の単結晶または多結晶ダイヤモン
ドがダイヤモンドソーまたはレーザによって切断される
（ステップ１０２）。切断されたダイヤモンドは、最終
形状に加工される。最終形状に加工されたダイヤモンド
は、全面に金属化処理が施される（ステップ１０４）。
表面全体に金属化処理が施されたダイヤモンドの側面は
ダイヤモンド砥石で研削される（ステップ１０５）。こ
の研削によって、ダイヤモンド表面の上下２面のみに金
属膜が残される。このようにして、第２の製造方法によ
るダイヤモンドヒートシンクが完成する。なお、第１、
第２の製造方法において、レーザによって多結晶ダイヤ
モンドを切断した場合には、レーザにより切断した面の
電気絶縁性が低下する。そこで、絶縁性を回復するため
に、クロム酸などの酸処理により、絶縁面に生成したカ
ーボンを除去する。

【０００５】次に、第３の製造方法によれば、気相合成
法により多結晶ダイヤモンドが製造され、平板状に加工
される（ステップ１０１）。多結晶ダイヤモンドは、切
断される前に多結晶ダイヤモンドの表面全体に金属化処
理が施される（ステップ１０６）。金属化処理がされた
多結晶ダイヤモンドの表面に、レーザによって溝が形成
され（ステップ１０７）、その溝に沿って、多結晶体が
機械的に分割される（ステップ１０８）。このようにし
て、第３の製造方法によるダイヤモンドヒートシンクが
完成する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記第１の製造方法に
おいては、ステップ１０２において切断されたダイヤモ
ンドをステップ１０３において部分的金属化処理を行な
う際に、隙間なく並べる作業が難しい。また、ダイヤモ
ンドを並べた場合に、ダイヤモンドとダイヤモンドの間
に少しでも隙間があると、この隙間からダイヤモンドの
側面へ金属が付着し、加工歩留りが悪くなる。したがっ
て、この製造方法では、ダイヤモンドヒートシンクを容
易に製造できず、また量産性に欠けるという問題があっ
た。

【０００７】第２の製造方法においては、切断されたダ
イヤモンドの側面をステップ１０５において研削する作
業が難しく、研削時にダイヤモンドの表面に傷が付くこ
とにより加工歩留りが悪くなる。したがって、この製造
方法では、ダイヤモンドヒートシンクを容易に製造でき
ず、また量産性に欠けるという問題があった。

【０００８】次に、第３の製造方法において発生する問
題点を説明する。第３の製造方法は、第１、第２の製造
方法に比較して、一度に多数のヒートシンクを作れるの
で、優れた方法である。しかしながら、多結晶体が機械
的に分割されるときに、その分割面の平坦性が悪くなる
という欠点がある。また、第３の方法の途中の金属膜が
形成された多結晶ダイヤモンド板を、レーザで直接分断
してしまうことも考えられる。しかし、絶縁性の劣った
レーザ切断面を酸処理して、絶縁性を回復することが困
難である。その理由は、酸処理によって、既に形成され
た金属膜の溶解をうまく防止する手段がないからであ
る。

【０００９】図１０は、第３の製造方法のステップ１０
７を示す概略断面図である。図１０を参照して、ダイヤ
モンド多結晶体１１０の上下２面に金属膜１１１、１１
２が形成されている。この金属膜１１１、ダイヤモンド
多結晶体１１０にレーザ光線を照射することにより溝１
１３を形成する。

【００１０】図１１は、第３の製造方法のステップ１０
８を示す概略断面図である。図１１を参照して、図１０
で示す溝１１３に沿ってダイヤモンド多結晶体１１０を
加圧することにより、ダイヤモンド多結晶体１１０を分
割する。このとき、レーザにより切断された第１の面１
１７と、くさび等を用いた加圧により切断された第２の
面１１８が生じる。第１の面１１７は、図９で示すよう
に、ダイヤモンド多結晶体１１０の側面のうちレーザに
より切断された面である。そのため、表面の凹凸は最大
でも１０μｍ程度である。第２の面１１８はダイヤモン
ド多結晶体１１０の側面のうちくさび等を用いた加圧に
よる分割により形成された面である。このくさび等を用
いた分割においては、ダイヤモンド多結晶体１１０は多
結晶体の結晶粒界に沿って分割されるため、分割面が平
坦にならない。そのため、第２の面１１８の表面には微
細な凹凸が多く発生し、第２の面１１８の稜の直線性が
失われる。ここで、「稜」とはダイヤモンドヒートシン
クの面が交差することによりできる辺をいう。

【００１１】図１２は、第３の製造方法において製造さ
れたダイヤモンドヒートシンクを示す斜視図である。図
１２を参照して、ダイヤモンドヒートシンク１１９はダ
イヤモンド１１４と金属膜１１５、１１６と第１の面１
１７と第２の面１１８とを備えている。金属膜１１５、
１１６はダイヤモンド１１４の上下２面に形成されてい
る。ダイヤモンドヒートシンク１１９に半導体レーザな
どを搭載する場合には半導体レーザは、金属膜１１５ま
たは金属膜１１６の上に実装される。第１の面１１７は
レーザにより切断されているため電気絶縁性が乏しい。
一方、第２の面１１８は、くさびを用いた機械的手法に
より分割されているためダイヤモンド本来の絶縁性が維
持されている。そのため、金属膜１１５、１１６の間の
絶縁が保たれている。

【００１２】図１３は、ダイヤモンドヒートシンク１１
９の金属膜１１６上に半導体レーザ１２０を搭載した場
合の斜視図の一例である。図１３を参照して、一般に、
ダイヤモンドヒートシンク１１９の金属膜１１６に半導
体レーザ１２０を搭載する際には、第２の面１１８の上
端を基準に半導体レーザ１２０の位置を決める。しか
し、第２の面１１８には凹凸があるため、その上端に合
せて半導体レーザ１２０の位置決めを精度よく行なえな
いという問題があった。

【００１３】図１４は、ダイヤモンドヒートシンク１１
９に半導体レーザ１２０を搭載した場合の側面模式図の
一例である。図１４を参照して、ダイヤモンドヒートシ
ンク１１９は多結晶ダイヤモンド１１４と金属膜１１
５、１１６を備えている。ダイヤモンドヒートシンク１
１９の側面は表面の凹凸が相対的に小さい第１の面１１
７と表面の凹凸が相対的に大きい第２の面１１８とを有
している。金属膜１１６の上に第２の面１１８の上端を
基準として半導体レーザ１２０が取付けられている。ダ
イヤモンドヒートシンク１１９の金属膜１１５、１１６
が電源１３０に電気的に接続されている。金属膜１１６
が半導体レーザ１２０の電極１２４に電気的に接続され
ている。金属膜１１５は半導体レーザ１２０の電極１２
３に電気的に接続されている。

【００１４】このようにダイヤモンドヒートシンク１１
９、半導体レーザ１２０、電源１３０が接続されている
ため、電源１３０で発生した電圧は、金属膜１１５、１
１６間の電圧となる。ここで、図１２で示したように、
金属膜１１５、１１６の間は絶縁されている。また、金
属膜１１５は電極１２３に、金属膜１１６は電極１２４
に電気的に接続されている。そのため、金属膜１１５、
１１６間の電圧は電極１２３、１２４間の電圧となり、
半導体レーザ１２０が作動する。このとき、レーザー光
の利用効率の観点から、半導体レーザ１２０と他の装置
１２１とを接近させる必要がある。しかし、第２の面１
１８の表面が粗いため、他の装置１２１と半導体レーザ
１２０との間にＷ₂ で示す隙間が生じ、問題となる。

【００１５】さらに、ダイヤモンドヒートシンク１１９
の側面すべてを滑らかにするために、図１０で示す工程
において、レーザによりダイヤモンド多結晶体１１０を
完全に切断する方法も考えられる。しかし、この方法に
より製造されたダイヤモンドヒートシンクは、レーザで
切断された面、すなわち、ダイヤモンドヒートシンクの
側面全体が電気絶縁性に乏しい。そのため、金属膜１１
５、１１６の間での電気絶縁性が低下してしまう。ここ
で、ダイヤモンドヒートシンク１１９、半導体レーザ１
２０、電源１３０は図１４で示すように配線されてい
る。そのため、ダイヤモンドヒートシンク１１９の側面
が電気絶縁性が乏しい場合には、半導体レーザ１２０に
十分な電流を流すことができず、半導体レーザ１２０か
ら十分な出力が得られないという問題があった。

【００１６】この発明は上記のような問題点を解決する
ためになされたもので、側面に凹凸が生じず、加工が容
易で歩留りがよく、さらに量産性のよいダイヤモンドヒ
ートシンクおよびその製造方法を提供することを目的と
するものである。さらに、この発明の目的は、１枚のダ
イヤモンド多結晶板から、金属膜が形成された多数のダ
イヤモンドヒートシンクを効率よく、寸法精度高くかつ
上下の金属膜間に高い絶縁性を有した状態で得ることで
ある。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明のダイヤモンドヒ
ートシンクは、ダイヤモンドを含み、少なくとも上下２
面に金属化処理が施された表面を有するものである。ま
た、ダイヤモンド多結晶体の上下２面に金属膜が形成さ
れており、上下２面の少なくとも一方に形成された金属
膜は、ダイヤモンド多結晶体の露出された表面によって
囲まれていることを特徴とするものである。

【００１８】このように構成されたダイヤモンドヒート
シンクにおいては、少なくとも一方の金属膜がダイヤモ
ンド多結晶体の表面により囲まれている。そのため、ダ
イヤモンドヒートシンクの側面をレーザ加工により形成
することにより側面が平滑なダイヤモンドヒートシンク
を得ることができる。また、この場合、側面の電気絶縁
性は低下するが、一方の金属膜が、電気絶縁性の低い側
面と接することがない。その結果、上下２面の金属膜間
の電気絶縁性が低下するという問題が発生しない。

【００１９】また、露出された表面の幅は３μｍ以上で
あることが好ましい。

【００２０】この発明の目的は、１枚のダイヤモンド多
結晶板から、金属膜が形成された多数のダイヤモンドヒ
ートシンクを効率よく、寸法精度高くかつ上下の金属膜
間に高い絶縁性を有した状態で得ることである。従来の
技術で記した第３の製造方法は、この発明の目的にかな
り近いものであったが、しかしながら、前記したとおり
の課題があった。さらには、レーザ加工の条件をうまく
調整すれば、切断面の絶縁性が得られるのではないかと
考えて種々の検討を行なってきた。しかしながら、絶縁
性のある切断面は現在のところ見出されていない。

【００２１】一方、近年のエレクトロニクスの進歩は構
成部品の寸法精度をさらに高めるよう要請してきてい
る。従来の技術で記した第３の製造方法では、ヒートシ
ンクの上下面の全体に金属膜が形成されているので、ヒ
ートシンクの上段を基準にさえすれば、半導体レーザの
搭載は使用者の自由であった。ところが、本願発明のよ
うに、ヒートシンクの上面の一部の金属膜を除去して絶
縁性を確保する場合には、自ずから半導体レーザの搭載
位置は金属膜の位置から制限を受ける。一方、図４に示
す金属膜が付いた多結晶ダイヤモンドをレーザで加工す
るためには、レーザビームの位置決め精度、レーザビー
ムと多結晶ダイヤモンドの格子をなす直線部分との相対
的な位置精度を高める必要がある。ここで、レーザ切断
線と格子をなす線が斜めではなく、ほぼ平行でなければ
ならない。

【００２２】発明者らは種々検討したが、レーザ加工の
精度を高めることによって初めてこの発明をなし得たも
のである。露出された表面の幅は３μｍ以上であればよ
い。上限を特別設ける必要はないが、半導体レーザの搭
載の自由度から１００μｍ以下が好ましい。要は１００
μｍ以下の方が使い勝手がよく、かつ歩留り向上の面で
効果があるからである。このように構成されたダイヤモ
ンドヒートシンクにおいては、ダイヤモンドヒートシン
クの側面の電気絶縁性が低い場合においても、電気絶縁
性の低い側面と一方の金属膜との間に３μｍ以上の幅の
ダイヤモンドが存在する。そのため、このダイヤモンド
の絶縁作用により、上下２面の金属膜間の抵抗を１×１
０⁶ Ω以上とすることができる。その結果、ダイヤモン
ドヒートシンクと半導体レーザを並列につないだときに
も、半導体レーザに十分な電圧をかけることができる。
また、側面と一方の金属膜との間を１００μｍ以下に抑
えることにより、半導体レーザをダイヤモンドヒートシ
ンクの上面の金属膜の端を基準として搭載した場合にお
いて、半導体レーザの発光面とヒートシンクの側面の距
離を小さくすることができる。そのため、半導体レーザ
から発生する光を効率よく利用することができる。

【００２３】また、金属膜は複数の金属層を含むもので
あることが好ましい。このように構成されたダイヤモン
ドヒートシンクにおいては、ダイヤモンドに接する金属
層をダイヤモンドと接合性のよい金属を用いることが好
ましい。ここでダイヤモンドと接合性の良い金属とは、
Ｔｉ（チタン）、Ｃｒ（クロム）、Ｗ（タングステン）
およびＮｉ（ニッケル）からなる群より選ばれた少なく
とも一種を含む金属であることが好ましい。さらに、半
導体レーザに接する金属層を熱伝導性がよく、さらにろ
う付け性がよい金属を用いることが好ましい。ここで、
熱伝導性がよく、さらにろう付け性が良い金属とは、Ｐ
ｔ（白金）、Ｐｂ（鉛）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｍｏ（モ
リブデン）、Ａｕ（金）、Ａｇ（銀）、Ｃｕ（銅）、Ｓ
ｎ（スズ）、Ｉｎ（インジウム）およびＧｅ（ゲルマニ
ウム）からなる群より選ばれた少なくとも一種を含む金
属であることが好ましい。そのため、半導体レーザとダ
イヤモンドとの接合を確実なものとすることができる。
その結果、半導体レーザから発生する熱を十分に放散す
ることができる。

【００２４】本発明の１つの局面に従ったダイヤモンド
ヒートシンクの製造方法は、ダイヤモンドを含み、少な
くとも上下２面に金属化処理が施された表面を有するダ
イヤモンドヒートシンクの製造方法であって、ダイヤモ
ンドを多結晶体により準備する工程と、ダイヤモンドの
多結晶体の上下２面に金属膜を形成する工程と、ダイヤ
モンドの多結晶体の表面が格子状に露出するように上下
２面の少なくとも一方の金属膜を選択的に除去する工程
と、格子状の露出部分が金属膜の部分を囲んで残存する
ように格子状の露出部分に沿ってダイヤモンドの多結晶
体をレーザにより切断する工程とを備えたものである。

【００２５】このように構成されたダイヤモンドヒート
シンクの製造方法においては、レーザによりダイヤモン
ドの多結晶体を切断するため、切断面では結晶粒界に起
因する凹凸がほとんど発生しない。また、側面はレーザ
により切断されるため電気絶縁性が低くなる。しかし、
一方の金属膜はダイヤモンドの多結晶体に囲まれるよう
に形成されるため、金属膜と側面との間にはダイヤモン
ドの多結晶体が存在する。このダイヤモンドの多結晶体
の絶縁作用により、上下２面の金属膜間の絶縁を確保す
ることができる。

【００２６】また、多結晶体が残存する部分の幅は３μ
ｍ以上であることが好ましい。

【００２７】このように構成されたダイヤモンドヒート
シンクの製造方法においては、電気絶縁性の低い側面と
金属膜との間にダイヤモンドの多結晶体が３μｍ以上存
在する。このダイヤモンドの多結晶体の絶縁作用によ
り、上下２面の金属膜間の電気抵抗を１×１０⁶ Ω以上
とすることができる。そのため、上下２面の金属膜と半
導体レーザを並列につないだ場合にも半導体レーザに十
分な電圧をかけることができる。

【００２８】また、金属膜は複数の金属層を含むことが
好ましい。このように構成されたダイヤモンドヒートシ
ンクの製造方法においては、ダイヤモンドに接する部分
にダイヤモンドに接合性のよい金属を用いることが好ま
しい。ここでダイヤモンドと接合性の良い金属とは、Ｔ
ｉ（チタン）、Ｃｒ（クロム）、Ｗ（タングステン）お
よびＮｉ（ニッケル）からなる群より選ばれた少なくと
も一種を含む金属であることが好ましい。さらに半導体
レーザと接する部分にろう付け性、伝熱性のよい金属を
用いることが好ましい。ここで、熱伝導性がよく、さら
にろう付け性が良い金属とは、Ｐｔ（白金）、Ｐｂ
（鉛）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｍｏ（モリブデン）、Ａｕ
（金）、Ａｇ（銀）、Ｃｕ（銅）、Ｓｎ（スズ）、Ｉｎ
（インジウム）およびＧｅ（ゲルマニウム）からなる群
より選ばれた少なくとも一種を含む金属であることが好
ましい。そのため、ダイヤモンドヒートシンクと半導体
レーザとの接合を確実なものとすることができる。その
結果、半導体レーザから発生する熱を十分に放散するこ
とができる。

【００２９】本発明の別の局面に従ったダイヤモンドヒ
ートシンクの製造方法は、ダイヤモンドを含み、少なく
とも上下２面に金属化処理が施された表面を有するダイ
ヤモンドヒートシンクの製造方法であって、ダイヤモン
ドを多結晶体により準備する工程と、ダイヤモンドの多
結晶体の上下２面の少なくとも１面に島状の複数の金属
膜部分を形成するとともに金属膜部分を取囲むダイヤモ
ンドの多結晶体が露出した露出部分を形成する工程と、
露出部分が金属膜部分を囲んで残存するように露出部分
に沿ってダイヤモンドの多結晶体をレーザにより切断す
る工程とを備えたものである。

【００３０】このように構成されたダイヤモンドヒート
シンクの製造方法においては、レーザによりダイヤモン
ドの多結晶体を切断するため、切断面では結晶粒界に起
因する凹凸がほとんど発生しない。また、側面はレーザ
により切断されるため電気絶縁性は低くなる。しかし、
一方の金属膜はダイヤモンドの多結晶体に囲まれるよう
に形成されるため、このダイヤモンドの多結晶体の絶縁
作用により、上下２面の金属膜間の絶縁を確保すること
ができる。

【００３１】また、ダイヤモンドの多結晶体が残存する
部分の幅は３μｍ以上であることが好ましい。

【００３２】このように構成されたダイヤモンドヒート
シンクの製造方法においては、導通電気絶縁性の低い側
面と金属膜との間にダイヤモンドの多結晶体が３μｍ以
上存在する。よって、このダイヤモンドの多結晶体の絶
縁作用により上下２面の金属膜間の電気抵抗を１×１０
⁶ Ω以上とすることができる。そのため、上下２面の金
属膜と半導体レーザを並列につないだ場合にも、半導体
レーザに十分な電圧をかけることができる。

【００３３】また、金属膜は複数の金属層を含むことが
好ましい。このように構成されたダイヤモンドヒートシ
ンクの製造方法においては、ダイヤモンドに接する部分
にダイヤモンドに接合性の良い金属を用いることが好ま
しい。ここでダイヤモンドと接合性の良い金属とは、Ｔ
ｉ（チタン）、Ｃｒ（クロム）、Ｗ（タングステン）お
よびＮｉ（ニッケル）からなる群より選ばれた少なくと
も一種を含む金属であることが好ましい。さらに、半導
体レーザと接する部分にろう付け性、伝熱性の良い金属
を用いることが好ましい。ここで、熱伝導性がよく、さ
らにろう付け性が良い金属とは、Ｐｔ（白金）、Ｐｂ
（鉛）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｍｏ（モリブデン）、Ａｕ
（金）、Ａｇ（銀）、Ｃｕ（銅）、Ｓｎ（スズ）、Ｉｎ
（インジウム）およびＧｅ（ゲルマニウム）からなる群
より選ばれた少なくとも一種を含む金属であることが好
ましい。そのため、ダイヤモンドヒートシンクと半導体
レーザとの接合を確実なものとすることができる。その
結果、半導体レーザから発生する熱を十分に放散するこ
とができる。

【００３４】

【発明の実施の形態】図１は、本発明におけるダイヤモ
ンドヒートシンクの製造方法を示す工程図である。

【００３５】図１を参照して、本発明のダイヤモンドヒ
ートシンクの第１の製造方法について説明する。まず、
多結晶体のダイヤモンドは気相法などにより製造され、
平板状に加工される（ステップ２０）。気相法により製
造された表面は、結晶成長面が露出しているので、かな
りの凹凸があるので、研磨またはラッピング仕上げして
表面粗さ（以下、Ｒｍａｘとする）１μｍ以下、好まし
くはＲｍａｘが０．２μｍ以下の表面に仕上げる。こう
することで、半導体レーザとヒートシンクの支持体との
密着性が向上し、かつ熱伝導性を高めることができる。
次に、平板状に加工されたダイヤモンドに金属化処理が
施される。この金属化処理によりダイヤモンドの表面全
体に金属膜が形成される（ステップ２１）。金属化処理
の方法としては、真空蒸着、イオンプレーティング、ス
パッタリング法、ＣＶＤ法などが利用できる。次に、金
属膜の少なくとも切断位置を含む格子状の部分がエッチ
ングにより除去される。エッチングの前にまずマスキン
グされることは言うまでもない。エッチングの方法とし
ては、ドライエッチング法と、化学的に除去される湿式
法がある。ドライエッチング法としては、ＡｒやＮ₂ 、
Ｏ₂ 、空気等のイオンビームを照射する方法や、これら
の気体のプラズマ中で処理する方法がある。また、湿式
法では、通常マスキングの後、除去されるべき金属に適
した酸に露出部をさらす。注意すべき点は、金属を除去
して、絶縁性を有するようにすべきことである。たとえ
ば、ドライエッチングの場合、あまりイオンビームの強
度が高くなると、ダイヤモンド自体が炭素化して絶縁性
を保持することができなくなる。これにより、部分的に
金属膜が形成される（ステップ２２）。次に、部分的な
金属化処理が施されたダイヤモンドがレーザにより切断
加工される。レーザの種類としては、ＹＡＧレーザやエ
キシマレーザを用いることができる。これらのレーザ
は、焦点を細かく絞ることができ、ダイヤモンドの加工
に適している。得られた切断面の表面粗さを測定するの
は、薄いので大変困難であるが、数μｍ〜１０μｍ程度
である。切断加工の条件をうまく調整すれば、３μｍ以
下の表面粗さのものも得られ、ヒートシンクとして用い
る場合は、この方が使いやすいことは言うまでもない。
これに対して、従来技術の第３の方法で得られたものは
１０μｍ以上の表面粗さがあるものと考えられる。この
切断によって、ダイヤモンドヒートシンクが完成する
（ステップ２３）。

【００３６】次に、本発明のダイヤモンドヒートシンク
の第２の製造方法について説明する。多結晶体のダイヤ
モンドは気相法などにより製造されて平板状に加工され
る（ステップ２０）。気相法により製造された表面は、
結晶成長面が露出しているので、かなりの凹凸があるの
で、研磨またはラッピング仕上げして、Ｒｍａｘが１μ
ｍ以下、好ましくはＲｍａｘが０．２μｍ以下の表面に
仕上げる。こうすることで、半導体レーザ、ヒートシン
クの支持体との密着性が向上し、かつ熱伝導性を高める
ことができる。このダイヤモンドにメタルマスク法やリ
フトオフ法などにより少なくとも切断位置を除いた表面
に金属化処理が施される。この金属化処理によりダイヤ
モンドの表面に枡目状の金属膜が形成される（ステップ
２４）。次に、金属膜が形成されなかったダイヤモンド
の表面がレーザによって切断加工される（ステップ２
３）。レーザの種類としては、ＹＡＧレーザやエキシマ
レーザを用いることができる。これらのレーザは、焦点
を細かく絞ることができ、ダイヤモンドの加工に適して
いる。得られた切断面の表面粗さを測定するのは、薄い
ので大変困難であるが、数μｍ〜１０μｍ程度である。
切断加工の条件をうまく調整すれば、３μｍ以下の表面
粗さのものも得られ、ヒートシンクとして用いる場合
は、この方が使いやすいことは言うまでもない。これに
対して、従来技術の第３の方法で得られたものは１０μ
ｍ以上の表面粗さがあるものと考えられる。

【００３７】このようにして本発明のダイヤモンドヒー
トシンクが完成する。次に、本発明の第１および第２の
製造方法について、さらに具体的に説明する。図２〜図
５は本発明のダイヤモンドヒートシンクの製造工程を示
す斜視図である。図２を参照して、多結晶体からなるダ
イヤモンド１が気相法などにより製造される。

【００３８】図３を参照して、第１の製造方法において
は、ダイヤモンド１の全面に金属化処理を施し、ダイヤ
モンド１を被覆する金属膜２を形成する。第２の製造方
法においてはこの工程は省略される。

【００３９】図４を参照して、第１の製造方法におい
て、ダイヤモンド１の全面を被覆する金属膜の上面にお
いて、少なくとも切断位置を含む部分の金属膜を除去す
る。また、第２の製造方法においては、ダイヤモンド１
の上面において、少なくとも切断位置を除いた表面にメ
タルマスク法やリフトオフ法などにより金属膜が形成さ
れる。また、ダイヤモンド１の下面全体に金属膜４を形
成する。このようにして、ダイヤモンド１の上面に金属
膜３とダイヤモンドの表面が露出したダイヤモンド露出
部分１２が形成される。また、ダイヤモンド１の下面に
は金属膜４が形成される。

【００４０】図５を参照して、ダイヤモンド１がダイヤ
モンド露出部分１２に沿うようにレーザによって切断加
工される。このとき金属膜３とレーザによる切断面が接
しないようにする。この切断によって、側面の４面がす
べてレーザにより切断されたダイヤモンドヒートシンク
５が完成する。

【００４１】図６は、本発明のダイヤモンドヒートシン
クを詳細に示す斜視図である。図６を参照して、ダイヤ
モンドヒートシンク５は、ダイヤモンド多結晶体６と金
属膜７、８とを備えている。ダイヤモンド多結晶体６の
上下面に金属膜７、８が設けられている。ダイヤモンド
多結晶体６の側面はレーザにより切断されているので電
気絶縁性が低い。そのため、金属膜７、８の間の絶縁を
保つために、ダイヤモンド多結晶体６の側面と金属膜８
との間にはダイヤモンドが露出した露出部分９が設けら
れている。露出部分９の幅は図中のＷ₁ で示されてい
る。ここで、ダイヤモンド多結晶体６の側面の電気絶縁
性が低いため、金属膜７、８の間の電気抵抗は主に露出
部分９の幅Ｗ₁ によって主に決定される。この場合、半
導体レーザとダイヤモンドヒートシンクは図１４で示す
ように接続されているので、半導体レーザに十分な電圧
をかけるためには、金属膜７、８の間の電気抵抗が１×
１０ ⁶ Ω以上に保つ必要がある。そのためにはＷ₁ が３
μｍ以上であることが好ましい。

【００４２】図７はダイヤモンドヒートシンク５に半導
体レーザ１０を搭載した場合の上面図の一例である。図
７を参照して、ダイヤモンド多結晶体６の上に金属膜８
が設けられている。金属膜８の上に半導体レーザ１０が
設けられている。半導体レーザ１０と金属膜８とは図中
斜線で示すろう付け部分１１によって接続されている。
半導体レーザ１０は、一般にダイヤモンド多結晶体６の
側面の上端を基準に位置決めされるので、このろう付け
部分の面積は幅Ｗ₁ によって主に決定される。そのため
幅Ｗ₁ が１００μｍ以下であれば、ろう付け部分１１の
面積を十分に確保することができ、半導体レーザ１０と
ダイヤモンドヒートシンク５との接続を確実なものとす
ることができる。また、半導体レーザ１０とダイヤモン
ドヒートシンク５との接続が確実なものであり、かつろ
う付け部分１１の面積を十分に確保できれば、半導体レ
ーザ１０から発生した熱を確実に放散することができ
る。この発明の第１の製造方法に関しては、制限が少な
い。これに対して、第２の製造方法の場合は、さまざま
な制限を受ける。レジストによりマスキングする場合に
は、厚い金属膜を形成することができない。金属膜形成
後、レジストの除去が困難となるからである。また、メ
タルやセラミックマスクを用いる場合は、１本の格子の
幅をあまり小さくできない。加工精度と強度の問題が生
じるからである。

【００４３】

【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。

【００４４】（実施例１）まず、ダイヤモンド多結晶体
が熱フィラメント法により合成された。このダイヤモン
ド多結晶体は、厚さが０．３５ｍｍ、縦、横の寸法が２
５．４ｍｍに形成された。このダイヤモンド多結晶体は
研削加工により０．３ｍｍの厚みに仕上げられた。研削
加工されたダイヤモンド多結晶体をさらに研磨して、Ｒ
ｍａｘを０２．μｍとし、その上下２面にはＴｉ（チタ
ン）、Ｐｔ（白金）、Ａｕ（金）の順で蒸着され、金属
化処理が施された。このときの金属膜の厚みはそれぞれ
Ｔｉが６０ｎｍ、Ｐｔが８０ｎｍ、Ａｕが１０００ｎｍ
であった。この金属化処理が施されたダイヤモンド多結
晶体の一面にフォトリソグラフィ法で幅０．１５ｍｍの
格子状の部分を０．７６ｍｍおきに除いたパターンのレ
ジストマスクが形成された。その後、アルゴンガスを用
いたイオンビームを用いてドライエッチングによってレ
ジストを用いて格子状部分の金属膜を除去し、ダイヤモ
ンド多結晶体を部分的に露出させた。このダイヤモンド
多結晶体が露出した格子状部分に沿ってレーザを用いて
切断加工が施された。

【００４５】図８は上記の製造方法によって製造された
ダイヤモンドヒートシンクの断面図である。図８を参照
して、ダイヤモンドヒートシンク３１の厚みは０．３ｍ
ｍ、縦の長さ、横の長さは０．７５ｍｍであった。ダイ
ヤモンド多結晶体３２に接するように第１金属層３３、
３６が形成されていた。第１金属層３３、３６の主成分
はＴｉであり、膜厚はそれぞれ６０ｎｍであった。第１
金属層３３、３６に接するように第２金属層３４、３７
が形成されていた。第２金属層３４、３７の主成分はＰ
ｔであり、その膜厚はそれぞれ８０ｎｍであった。第２
金属層３４、３７に接するように第３金属層３５、３８
が形成されていた。第３金属層３５、３８の主成分はＡ
ｕであり、その膜厚はそれぞれ１０００ｎｍであった。
ダイヤモンド多結晶体３２の側面と第１、第２および第
３金属層３３、３４、３５の端面との間の距離Ｗは０．
０２ｍｍであった。第３金属層３５、３８の間の電気抵
抗は４×１０⁸ Ωであった。ダイヤモンド多結晶体３２
の稜には結晶粒界に起因する凹凸は生じなかった。

【００４６】このダイヤモンドヒートシンク３１におい
ては、第１金属層３３の主成分であるＴｉはダイヤモン
ド多結晶体との接合性が良い。また、第２金属層の主成
分であるＰｔおよび第３金属層の主成分であるＡｕはと
もにろう付け性、伝熱性が良い。そのため、このダイヤ
モンドヒートシンク３１の第３金属層３５上に半導体レ
ーザを搭載した場合にも半導体レーザとダイヤモンドヒ
ートシンク３１との接合は確実なものとなった。その結
果、半導体レーザから発生した熱は確実に放散された。

【００４７】さらに、このダイヤモンドヒートシンク３
１の第３金属層３５、３８間の電気抵抗は４×１０⁸ Ω
であるため、第３金属層３５、３８と半導体レーザを並
列につないだ場合に半導体レーザに十分な電圧をかける
ことができる。

【００４８】また、ダイヤモンド多結晶体３２の稜に
は、結晶粒界に起因する凹凸はなく、直線性が保たれて
いる。そのため、従来のダイヤモンドヒートシンクにお
いて側面の凹凸により発生する問題が発生しない。 （実施例２）実施例１で用いた、研磨されたダイヤモン
ド多結晶体を準備した。次に、幅２００μｍ、間隔を１
ｍｍの格子状の金属マスクでマスキングした。このマス
クの上に、タングステン、金、金−錫（錫：２０重量
％）の順にイオンスパッタリングにより金属膜を形成し
た。それぞれの厚みは、５０ｎｍ、１００ｎｍ、２００
０ｎｍであった。次に、レジストを除去すると、レジス
ト上の金属膜はきれいに除去され、ダイヤモンド多結晶
体部分を露出させた。その後、エキシマレーザによりダ
イヤモンド多結晶体を切断し、ヒートシンクを作成し
た。ダイヤモンドの露出部分を測定したところ、５０〜
１００μｍの範囲に入っていた。

【００４９】これに半導体レーザを搭載し、十分ヒート
シンクの機能を果たすことが確認された。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のダイヤモンドヒートシンクの製造方法
を概略的に示す工程図である。

【図２】本発明のダイヤモンドヒートシンクの製造方法
の第１工程を示す斜視図である。

【図３】本発明のダイヤモンドヒートシンクの製造方法
の第２工程を示す斜視図である。

【図４】本発明のダイヤモンドヒートシンクの製造方法
の第３工程を示す斜視図である。

【図５】本発明のダイヤモンドヒートシンクの製造方法
の第４工程を示す斜視図である。

【図６】本発明のダイヤモンドヒートシンクを示す斜視
図である。

【図７】本発明のダイヤモンドヒートシンクに半導体レ
ーザを搭載した場合の上面図である。

【図８】本発明の実施例により製造されたダイヤモンド
ヒートシンクの断面図である。

【図９】従来のダイヤモンドヒートシンクの製造方法を
概略的に示す工程図である。

【図１０】従来のダイヤモンドヒートシンクの製造方法
の第１工程を示す断面図である。

【図１１】従来のダイヤモンドヒートシンクの製造方法
の第２工程を示す断面図である。

【図１２】従来のダイヤモンドヒートシンクを示す斜視
図である。

【図１３】従来のダイヤモンドヒートシンクに半導体レ
ーザを搭載した場合の斜視図である。

【図１４】従来のダイヤモンドヒートシンクの使用方法
を示す模式図である。

【符号の説明】

５ ダイヤモンドヒートシンク ６ ダイヤモンド多結晶体 ７、８ 金属膜 ９ 露出部分

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ダイヤモンドを含み、少なくとも上下２
   面に金属化処理が施された表面を有するダイヤモンドヒ
   ートシンクにおいて、 ダイヤモンド多結晶体の上下２面に金属膜が形成されて
   おり、前記上下２面の少なくとも一方に形成された前記
   金属膜は、前記ダイヤモンド多結晶体の露出された表面
   によって囲まれていることを特徴とする、ダイヤモンド
   ヒートシンク。
2. 【請求項２】 前記露出された表面の幅は３μｍ以上で
   あることを特徴とする、請求項１に記載のダイヤモンド
   ヒートシンク。
3. 【請求項３】 前記金属膜は複数の金属層を含むことを
   特徴とする、請求項２に記載のダイヤモンドヒートシン
   ク。
4. 【請求項４】 ダイヤモンドを含み、少なくとも上下２
   面に金属化処理が施された表面を有するダイヤモンドヒ
   ートシンクの製造方法において、 ダイヤモンドを多結晶体により準備する工程と、 前記多結晶体の上下２面に金属膜を形成する工程と、 前記多結晶体の表面が格子状に露出する露出部分を形成
   するように前記上下２面の少なくとも一方の金属膜を選
   択的に除去する工程と、 前記格子状の露出部分が前記金属膜の部分を取り囲んで
   残存するように前記格子状の前記露出部分に沿って前記
   多結晶体をレーザにより切断する工程とを備えたことを
   特徴とする、ダイヤモンドヒートシンクの製造方法。
5. 【請求項５】 前記残存する前記露出部分の幅は３μｍ
   以上であることを特徴とする、請求項４に記載のダイヤ
   モンドヒートシンクの製造方法。
6. 【請求項６】 前記金属膜は複数の金属層を含むことを
   特徴とする、請求項５に記載のダイヤモンドヒートシン
   クの製造方法。
7. 【請求項７】 ダイヤモンドを含み、少なくとも上下２
   面に金属化処理が施された表面を有するダイヤモンドヒ
   ートシンクの製造方法において、 ダイヤモンドを多結晶体により準備する工程と、 前記多結晶体の上下２面の少なくとも一方に島状の複数
   の金属膜部分を形成するとともに、前記金属膜部分を取
   囲む前記多結晶体が露出した露出部分を形成する工程
   と、 前記露出部分が前記金属膜部分を囲んで残存するように
   前記露出部分に沿って前記多結晶体をレーザにより切断
   する工程とを備えたことを特徴とする、ダイヤモンドヒ
   ートシンクの製造方法。
8. 【請求項８】 前記残存する前記露出部分の幅は３μｍ
   以上であることを特徴とする、請求項７に記載のダイヤ
   モンドヒートシンクの製造方法。
9. 【請求項９】 前記金属膜部分は複数の金属層を含むこ
   とを特徴とする、請求項８に記載のダイヤモンドヒート
   シンクの製造方法。