JPH11346031A

JPH11346031A - ダイオ―ドレ―ザ―素子及びその製造方法

Info

Publication number: JPH11346031A
Application number: JP11134768A
Authority: JP
Inventors: Lorenzen Dierk; ロレンツェンディルク; Franz Daiminger; ダイミンガーフランツ; Friedhelm Dorsch; ドルシュフリートヘルム; Dusch Kacha; ジュースカーチャ
Original assignee: Jenoptik Jena GmbH; Jenoptik AG
Current assignee: Jenoptik AG
Priority date: 1998-05-14
Filing date: 1999-05-14
Publication date: 1999-12-14
Also published as: DE19821544A1

Abstract

(57)【要約】【課題】担持体と最大熱伝導能がある基体から構成さ
れ、延べ棒状のレーザー体と応力及び湾曲が生じないよ
うに結合されるヒートシンクとを備えたダイオードレー
ザー素子、及びその製造方法を提供する。【解決手段】基体（１）を、レーザー体の幅方向に個々
の細条部（１b）を並べて成る細条部体として構成する
ことにより、担持体（２）と面結合している細条部（１
b）列の上面のレーザー体（３）取り付け面領域に、２
５％以下でレーザー体の熱膨張に適合する熱膨張部が生
じるようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、延べ棒状のレーザ
ー体とヒートシンクとを有し、ヒートシンクが担持体を
備え、担持体が、高熱伝導能の誘電性基体と面結合する
ように取付けられるレーザー体の熱膨張係数よりも実質
的に大きな熱膨張係数を持った材料から成り、基体の上
面に、電流誘導と電気接点用の金属化部分が設けられ、
該金属化部分上に蝋材を用いてレーザー体が取付けられ
ているダイオードレーザー素子及びその製造方法に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】高出力ダイオードレザーとは、互いにa
だけずらして並設されている幅bのエミッターのn個のレ
ーザーダイオードの列から成る延べ棒状の半導体レーザ
ー体（以下単にレーザー体と記す）である。光学的共振
の長さrは、通常レーザー体の全幅B＝n・aよりもかなり
短い。高出力ダイオードレーザーに対する典型的な値は
n＝７．．．１００、b＝１０．．．５００μm、a＝２
０．．．２０００μm、ｒ＝０．３．．．２ｍｍ、Ｂ＝
２．．．１５ｍｍの範囲である。エミッター幅とエミッ
ターのずれとの比であるf＝b／aは、２０％（連続波作
動）と９０％（パルス作動）の間で変化する。最近で
は、高出力ダイオードレーザーの光学的出力は５Wない
し２８０Wに達する。高出力ダイオードレーザーは主に
半導体材料である、８０μmないし１５０μm厚のガリウ
ム砒素（GaAs）から成っている。

【０００３】種々の損失機構のために、ダイオードレザ
ーに供給される電力のうちわずか２０％ないし６０％が
光学的出力に変換されるにすぎない。残りは熱エネルギ
ーの形で自由になり、構成要素を加熱させる。発生する
熱出力密度は、３kW／cm^２を越えることがある。この場
合レーザー体全体は５０Wないし２００Wのオーダーの損
失出力を出す。好適な放熱を保証するためには、レーザ
ー体は高熱伝導能（１００Ｗ／（mK）以上）を持った材
料から成るヒートシンク上に取付けられる。すなわちレ
ーザー体の熱発生側（ほとんどの場合電気的に正の接点
であるエピタキシー側）が下向きになるなるように取付
けられる。レーザー体とヒートシンクとはダイオードレ
ーザー素子を形成する。

【０００４】この場合注意すべきことは、ヒートシンク
上の取付け面ができるだけ平坦なことである。というの
も、ダイオードレーザー光を効率的に光線として形状化
するためには、直線から２μm以下でずれている線上に
すべてのレーザーダイオードエミッターが位置していな
ければならないからである（いわゆる「スマイルsmil
e」）。

【０００５】１００００時間以上の寿命を得るために
は、レーザー体の温度が７０℃以上を越えてはならな
い。したがって室温での作動に対しては、ダイオードレ
ーザ素子のヒートシンクの熱抵抗に関して０．２ないし
０．６kWが要求される。次の表はこのようなヒートシン
クを構成するために考慮される一連の材料を列挙したも
のである。表には、熱伝導能以外に、これら材料のいく
つかを溶接過程または蝋付け過程により互いに結合させ
るために重要な役割をする線形膨張係数及び弾性モジュ
ールのような熱加工的な特性量が記載されている。

【表１】表からわかるように、熱伝導能が高いためにヒートシン
クに特に適した材料は、レーザー体の材料として典型的
なGaAsに比べるとかなり異なった熱膨張係数を持ってい
る。

【０００６】特に、平坦な取り付け面という点に対する
上記要求を満たすためには、レーザー体とヒートシンク
との結合をできるだけ曲げ応力がないように行なわねば
ならない。これは、原理的には、ヒートシンクとレーザ
ー体との熱膨張の違いを補償すること（たとえば軟蝋を
用いて）、及び（または）ヒートシンクの膨張をレーザ
ー体の膨張に適合させることによって達成される。

【０００７】軟蝋を用いて（たとえば鉛・すず）レーザ
ー体を塊状の銅からなるヒートシンク上に蝋付けするこ
とは知られている。ヒートシンクはその下面をぺルチエ
要素により冷却される。或いは、軟蝋を用いてレーザー
体をマイクロチャンネルヒートシンク上に蝋付けするこ
とが知られている。マイクロチャンネルヒートシンクは
銅または珪素からなっていて、冷却媒体が貫流する。両
ケースとも軟蝋は、膨張係数αの違いのために（銅：α
＝１６．５ppm／K、GaAs：α＝６．５ppm／K）蝋付け後
の冷却の際に接合パートナーに生じる機械的応力を、塑
性流動により分解するために用いられる。このような応
力の低減が必要なのは、レーザー体の機械的応力が大き
いと、ダイオードレーザーの寿命に不都合な影響を及ぼ
すからである。すなわちGaAs材におけるスリップ、個々
のレーザーダイオードのブラックアウト、或いはレーザ
ー体の破損の原因になる。

【０００８】しかしながら、寿命テストで明らかになっ
たところによると、軟蝋は高出力の場合長期的に安定で
ない。高い電流密度と機械的残留応力の影響で蝋付け層
においてエレクトロマイグレーションやウィスカーの形
成が促進される。このためダイオードレーザーにグラデ
ーションが発生したり、故障したりする。このような作
用は、接合領域における残留応力を減少させることによ
り弱めることができる。換言すれば、ヒートシンクの膨
張係数をレーザー体の材料の膨張係数に十分に（ほぼ２
ppm／K以下）適合させる。

【０００９】しかしながら、最後に挙げた解決法は軟蝋
の代りに硬蝋を使用するが（たとえば金・すず）、硬蝋
は量が少ないとエレクトロマイグレーションが発生する
傾向がある。硬蝋は流動能が小さいために、レーザー体
をヒートシンク上に蝋付けし、ヒートシンクの膨張係数
をレーザー体の膨張係数に０．５ppm／K以上対応させる
ことにより、蝋付け工程での機械的応力の発生を回避す
ることがどうしても必要である。このようなヒートシン
クはたとえば銅とタングステンの複合材（ＣｕＷ）であ
る。タングステンは銅に比べるとかなり小さな熱伝導能
を有している。

【００１０】DE１９６４４９４１からは、ヒートシンク
の膨張係数を適合させることを完全に省略した解決法が
知られている。硬蝋付け後の冷却の際に生じ、レーザー
体に作用する引張り応力は、エミッター間の所定の破断
予定個所においてレーザー体を破断させるので合目的で
ある。したがってレーザー体はk個の個別レーザーダイ
オードまたはレーザーダイオード群に分割される（応力
誘導型個別化）。このようにして、基体に対するレーザ
ー体全体のただ１つの大きな膨張係数ΔLは、レーザー
ダイオード群に付設されている結合面に対するこれらレ
ーザーダイオード群のより小さなk個の膨張係数ΔL／ｋ
に減少する。このk個の膨張係数ΔL／ｋは無視できるほ
どの電圧を生じさせるにすぎない。

【００１１】レーザー体とヒートシンクとの種々の材料
結合に対し、組立工程で発生し個別化制御に対し作用す
る引張り応力がダイオードレーザー素子の寿命に影響力
を持っているかどうかは疑わしい。

【００１２】したがってこれに関連して、熱的特性及び
熱加工的特性が異なっている材料を１つのヒートシンク
に組み合わせて、このヒートシンクの膨張をレーザー体
の膨張に適合させることには利点がある。ヒートシンク
はたとえば堅牢な担持体と、この担持体上に蝋付けされ
ている基体から成ることができる。基体とは、その厚さ
がその長さ及び幅に比べて小さいような材料層である。
このような基体は、従来の技術においては連続した層で
ある（閉じた基体）。

【００１３】たとえば従来の技術として、レーザー体を
硬蝋でCuW基体上に蝋付けし、次にこの基体を軟蝋で銅
担持体の上に蝋付けすることにより、基体としてのCuW
の膨張適合性と、担持体としての銅の高い熱伝導能と
を、ヒートシンクの構造に利用することが知られてい
る。

【００１４】ドイツ特許第１９６０５３０２号公報で
は、ヒートシンクは３個の基体から形成される。これら
３個の基体を素材拘束的に面結合させることにより、ヒ
ートシンクの膨張適合性という目標が達成される。この
場合、ＧａＡｓよりも低い膨張係数の１個の基体（Ａｌ
Ｎセラミックスまたはタングステンシート）には、Ｇａ
Ａｓよりも膨張係数が高くより熱伝導能のある金属（た
とえば銅）が両面にコーティングされ、その厚さは、レ
ーザー体の取り付け面においてレーザー体材料の熱膨張
係数に対応するようなヒートシンクの効果的な熱膨張係
数が得られるように選定される。

【００１５】この解決法の欠点は、すでに述べた解決法
と同様に、銅よりも熱伝導能が高い材料が使用されない
ことである。この種の材料は、高い熱出力密度を効果的
に広げるために、まさに基体の形状の点でダイオードレ
ーザー素子の熱発生領域に可能な限り密に位置している
必要がある。したがってこの個所においては、最大熱伝
導能の基体を定義する必要がある。この最大熱伝導能の
基体は、その材料の熱伝導能があらゆる金属の熱伝導能
よりも高く、４２０ないし４３０Ｗ／（ｍＫ）以上ある
（室温での銀に対する値よりも大きい）ことを特徴とし
ている。このような基体はわずかしか存在せず、たとえ
ば単結晶の炭化珪素（ＳＣ−ＳｉＣ）、半透明の立方晶
窒化ホウ素（ｔ−ｃＢＮ）、熱的または高指向性のシア
ヌル系グラファイト（ＴＰＧ，ＨＯＰＧ）、蒸気相から
化学的に析出させたダイアモンド（ＣＶＤ−ダイアモン
ド）が挙げられる。これらにはすべて欠点があり、すな
わちその熱膨張係数はＧａＡｓに比べて少なくとも２ｐ
ｐｍ／Ｋだけ適合性に欠けており、レーザー体をこのよ
うな基体上に硬蝋付けすると、ダイオードレーザーに有
害な引張り応力が発生する。

【００１６】金属材料は上記の高熱伝導能の非金属材料
に比べて熱伝導能が小さいばかりでなく、金属材料を基
体に使えない別の理由がある。それは、レーザー体内の
レーザーダイオードを個別に且つ互いに独立に作動させ
る（個別にアドレス指定可能）といういくつかの応用例
の要請から生じるものである。これは、従来の技術で
は、レーザー体を、導線により適宜構成され金属化され
た誘電性基体（誘電体）上に取りつけることによって達
成されるにすぎない。ここで誘電体とは、１ｍＯｈｍ以
上の比電気抵抗を持った材料のことである。

【００１７】以上の説明に対応して、ダイオードレーザ
ー素子の概念に対する４つの重要な物理技術的要求につ
いて述べる。（ａ）ヒートシンクの熱抵抗をできるだけ低くするため
には、最大熱伝導能の基体を使用する必要がある。（ｂ）個別にアドレス指定可能であるためには、局部的
に定義的に金属化されている誘電性基体上への取付けが
必要である。（ｃ）ダイオードレーザー素子の寿命を長くするために
は、エレクトロマイグレーションのない硬蝋を用いて、
レーザー体に対し膨張適合したヒートシンクの上に取り
付ける必要がある。（ｄ）レーザー体の「スマイル」を少なくするために
は、ヒートシンクの取り付け面が極めて平坦であること
が必要である。このためには、基体と担持体とを予め湾
曲なしに且つ応力なしに互いに結合させる必要がある。

【００１８】従来の技術によれば一連の試みが存在し、
部分的にはこれらの要求を満たしているが、膨張適合性
に関する前記（ｃ）が中心である。ＷＯ／９４２４７０
３によれば、ＣＶＤダイアモンド基体の表面を構造化
し、生じた溝または穴を、膨張係数が基体に比べて著し
く高い金属で充填することが提案される。しかし熱加工
の点では、金属成分がチップ付近で高すぎるため、前記
（ａ）および（ｂ）が十分に満たされず、高出力ダイオ
ードレーザー体に対してはこの方法は熱的に有利なもの
ではない。

【００１９】米国特許第５４５５７３８号公報には、１
００μｍ以上のダイアモンド粒子から成る複合材が記載
されている。ダイアモンド粒子は、所望の有効膨張係数
が生じるような割合で、アルミニウムまたは銅から成る
金属マトリックス内へ装入される。このような複合材は
機械的に成分が非常に異なっているために、機械的な後
加工を許さず、取り付け面を延べ棒状のダイオードレー
ザー体に必要な平面度に研磨することができない（前記
ｄ）。さらに、金属成分が高すぎるために、純粋な銅に
対するこの複合材の有効熱伝導能の改善率は５０%以下
である。この解決法は、アドレス指定可能にするための
概念を含んでいない。

【００２０】他の特許は、層構造による膨張適合性を起
点にしている。米国特許第５２９９２１４号公報は、ダ
イアモンド基体をより膨張係数の高い担持体上へ設置
し、材料厚を、所望の膨張係数が生じるように変化させ
ることを提案している。この解決法は、機械的に非対称
であるために、比較的広い面に対しては湾曲や破断が発
生する危険がある。

【００２１】曲げ応力を回避するために対称性を重視し
たこの種の解決法は、ドイツ特許公開第１９５０６０９
３号公報に見られる。この公報には、前記ドイツ特許第
１９６０５３０２号公報とは逆のバージョンが記載され
ており、銅層がその中心部において、熱膨張がより小さ
い二つの層と上面及び下面にて結合されている。さらに
銅層の中心部には、冷却媒体の案内に用いる構造部を挿
入することができる。この構成が有利な点は、ダイオー
ドレーザー体が金属化されたCVDダイアモンドに直接取
付けられ、したがって前述した他の解決法に比べて熱膨
張が最も優れていることである。またこの公報に記載の
発明は、他の前記解決法に比べると、誘電性CVDダイア
モンド基体のポテンシャルを個々のエミッターの電気的
アドレス指定に関して利用しながらも、同時に熱膨張に
優れている唯一の発明である。

【００２２】しかしながら、対称構造により与えられる
結合面の数は少なくとも３つであり、したがって少なく
とも二つの結合面が存在することになるのが欠点であ
る。また、冷却要素の内部でCVDダイアモンド基体に対
する結合技術的な課題が見出せない。ここでは、基体と
担持体だけから構成されているヒートシンクを考慮する
ことにより、技術的な欠陥が穴埋めされている。

【００２３】熱伝導能が最大である基体を含んでいるヒ
ートシンクの膨張適合性のためには、レーザー体材料の
膨張係数よりも著しく高い熱膨張係数を持った担持体に
基体を機械的に安定に結合させることが必要である。膨
張適合性に必要な基体と担持体との厚さ比は両材料の弾
性特性の相違により決定される。すでに述べたことから
明らかなように、最大熱伝導能のある基体の弾性モジュ
ールは膨張適合性のある担持体の弾性モジュールよりも
一般に３ファクターないし１０ファクター高い。厚さが
一定の担持体の膨張適合性に対する影響は、担持体の弾
性モジュールが増大すれば大きくなる。逆に、弾性モジ
ュールが一定であるときの膨張適合性に対する影響は、
担持体の厚さが増大すれば大きくなる。また、担持体の
厚さは一定であるが、薄すぎる場合には、担持体の線形
膨張係数が増大すれば、膨張適合性に対する担持体の影
響力は大きくなる。

【００２４】接合パートナーである基体と担持体との結
合による膨張適合性の問題は、熱加工的に非常に異な
り、しかも大きな面積の二つの要素を平坦に、熱的に薄
く、且つ安定につなき合わせた接合ゾーンの提供にあ
る。このような問題性はいまだかつて公にされなかっ
た。

【００２５】大きな面積にわたって安定に結合させる場
合、接合ゾーンは塑性流動により接合パートナー間の機
械的応力の分解に用いられることが指摘されている。し
たがって結合面積が大きければ大きいほど、接合ゾーン
は厚くなければならない。しかし数１０μm厚の接合ゾ
ーンは、熱抵抗に悪影響を及ぼす。また、接合ゾーンの
塑性流動は担持体の膨張適合作用を弱め、長期安定性の
点では技術的に検出困難なプロセスである。

【００２６】DE１９６４４９４１では、大きな面積のレ
ーザー体を、引張り応力を負荷した基体上に蝋付けする
場合、レーザー体は取付け時により小さな独立した個別
面に分割される。これらの個別面は大きな引張り応力を
吸収することはできない。またこのような取付けプロセ
スは、基体よりも大きな膨張係数を有し、しかもほとん
ど塑性を持っていないような材料（半導体及び塩類）に
対してのみ可能である。このような接合プロセスは、担
持体・基体結合に対しては、担持体材料の金属特性のゆ
えに問題にならない。また担持体の材料は、取付けの間
圧縮応力により基体をより小さな、応力の危険のない部
分基体へ分解させることができない。

【００２７】

【発明が解決すべき課題】本発明の課題は、担持体と最
大熱伝導能がある基体から構成され、延べ棒状のレーザ
ー体と応力及び湾曲が生じないように結合されるヒート
シンクを備えたダイオードレーザー素子、及びその製造
方法を提供することである。

【００２８】また、本発明によるダイオードレーザー素
子を製造している間、レーザー体に作用する引張り応力
ができるだけ小さいようにすることも課題とする。

【００２９】

【課題を解決するための手段】この課題は、本発明によ
れば、基体を担持体上へ取付ける前に、基体をk個の一
連の部分基体に分解し、配置を容易にするための所定の
領域においてもこれらk個の部分基体が互いに結合され
たままであるときに、これらk個の部分基体を個別の部
分基体として互いに独立に担持体と結合させることによ
り解消される。

【００３０】上記構成により、幅Bの大きな面に発生し
ていた機械的応力の問題も湾曲の問題も、B／kよりも小
さな幅のk個のより小さな面により解消される。応力誘
導型個別化（ＤＥ１９６４４９４１）と本発明との相違
は、発生する取付け応力の相違及びその作用にある。引
張り応力を負荷して取付ける(zugverspannende Montag
e)場合、個別化の前提は硬蝋付けである。これに対して
本発明による、圧縮応力を負荷して取付ける(druckvers
pannende Montage)場合には、個別化が硬蝋付けの前提
である。

【００３１】基体を独立した細条部の形態の部分基体に
個別化することによりヒートシンクの構成が機械的に著
しく改善されるとともに、本発明による解決法には以下
に述べるような他の利点がある。

【００３２】個別化された基体細条部の形状をその高さ
（基体の厚さ）に関し変化させることができるばかりで
なく、その個々の幅及び間隔に関しても変化させること
ができ、したがって、膨張適合性を得るために基体と担
持体との厚さの比を変えられるとともに、さらにいっそ
うの自由度が得られる。つまり細条部の間隔と細条部の
幅との比を変えることができる。このことは、基体また
は担持体の厚さが予め特定されているような場合に有利
である。

【００３３】閉じた基体（個別にアドレス指定可能にす
るために、パターン化された金属化部分の形状で導電路
構造を基体上に設けねばならない）上に取付ける場合と
は異なり、基体を個々の細条部に分解する場合には、細
条部の間隔を、二つのレーザーダイオードのエミッター
間隔に相当する大きさに選定できるので有利である。し
たがって、複数のレーザーダイオードに別個に電流を供
給でき、金属化部分を湿式化学的にパターン化するプロ
セスを省略できる。

【００３４】さらに、望ましくない相互作用の可能性、
たとえば個々のエミッター間の熱的なクロストークが低
減される。延べ棒状のレーザー体のエミッター数と占積
率とは時として非常に変わりやすい。それにもかかわら
ず基体の細条部の数を維持する必要がある場合には、種
々のレーザー体構造に有利な、３つの異なる構成が可能
である。すなわち（ａ）すでに述べた構成であり、１個
のレーザーダイオードを１個の細条部上に配置する構
成。（ｂ）エミッター数が多い場合に、それぞれ複数個
のレーザーダイオードを１個の細条部に配置する構成。
（ｃ）エミッター数が少ない場合に、１個のレーザーダ
イオードがその位置に関し複数個の細条部にわたって延
在し、有利には隙間の上方にエミッターが存在しないよ
うにレーザーダイオードを配置する構成。

【００３５】

【発明の実施の形態】次に、本発明の３つの実施の形態
を図面を用いて詳細に説明する。

【００３６】第１実施形態基体１は半透明の立方晶窒化ホウ素（ｔ−ｃＢＮ）から
成り、その寸法は延べ棒状のレーザー体の幅に等しく、
厚さは０．２mmないし０．８mmで、長さはレーザーダイ
オードの共振長さの１倍ないし３倍に相当している。こ
の基体１の上面及び下面の全面に薄膜金属化部分４aを
備えさせる。次にレーザーにより、１０ないし５０μm
幅の複数個の平行なチャンネル１aを、基体１を横切る
ように穿設する。これにより細条部構造が生じる。本実
施形態（図１のa及びb）では、生じた細条部１bの数
は、取付けられるべき延べ棒状のレーザー体３のエミッ
ター３aの数量に一致している。次に、細条部１b上の薄
膜金属化部分４aをガルバーニ電流により銅で補強す
る。補強の程度は、電流の案内に必要な厚さの金属膜が
上面に形成され（基体上面の厚膜金属化部分４b）、且
つ下面において、析出金属（基体下面の厚膜金属化部分
４c）により細条部ギャップが再び閉鎖されるように選
定する。導体の必要な厚さは、電流密度が流動方向にお
いてエレクトロマイグレーションの閾値（１０００００
A／cm^２）の半分の値を有するように選定する（１００
アンペアの直流電流で作動する１cm幅のレーザー体３に
対しては、たとえばほぼ２０μmである）。良好な蝋付
けを行なうことができるように、厚膜金属化部分にニッ
ケルまたは金を被着させる。その後、細条構造部を全部
周囲の基体１から切り離すことができる。この場合、個
々の細条構造部は圧膜金属化部分４aと４bを介して互い
に結合されているので、個々の細条部が互いに分断する
ことはない。次に、このようにして得られた細条構造部
を、共晶のAuGe蝋材５を用いて、金を被着させた１．５
mm厚の銅担持体２と結合させ、これにより取付け面にほ
ぼ６．５ppm／Kの膨張係数が得られる。この時点で、取
付け面に、レーザー体の蝋付けに用いる共晶の金・すず
蝋材６をスパッタリングさせることができる。

【００３７】第２実施形態厚さが０．１ないし０．５mmで、長さがレーザー体３の
レーザーダイオードの共振長さの２倍ないし５倍に相当
するCVDダイアモンド基体１の上面をパターン化して、
金の金属化部分４aを形成させる。導電路の数は、レー
ザー体のエミッター３aの数に対応している。次に、そ
れぞれ２つの導電路の間に、レーザーを用いて１０ない
し１００μm幅の連続したチャンネル１aが形成されるよ
うに基体１を切る。この場合切断は、すべての細条部１
bが端部において共通の横細条部１cを介して結合された
ままであるように行なう。このようにして生じた櫛形構
造部の担持体２として、１．５mm厚の酸化アルミニウム
・銅複合体から成るヒートシンクを選定する。このヒー
トシンクは多層DCB技術で製造されたものであり、構成
要素の液冷を行なうための供給部及び排出部７a，７bを
備えたマイクロチャンネル構造部７を内部に有してい
る。酸化アルミニウム層２bは冷却チャンネル構造部に
対向するようにレーザー体とは逆の側にあり、よってヒ
ートシンクの熱抵抗に悪影響しない。酸化アルミニウム
層２bは、マイクロチャンネルのために曲がりやすくな
っている冷却部の安定性を向上させるためだけに用い
る。この時点で、銅から成っているマイクロチャンネル
のカバー層に、１０μm厚の活性蝋材５を用いてダイア
モンドを直接蝋付けする。本発明によれば、蝋付け面の
長さはダイアモンド細条部１bの長さよりも短く、した
がって結合細条部１cはレーザー体と蝋付けされない。
同時に、電流供給部をレーザー体と蝋付けする。２５μ
m厚の銅フォイルを、ガルバーニ電流により金とすずで
被覆する。金とすずは、本来の蝋付けを行なう前に再溶
融させることにより共晶の金・すず蝋材５へ置換された
ものである。同時に、銅フォイルを櫛形ダイアモンドの
金属化部分４a上のレーザー体と蝋付けさせ、個々のレ
ーザーダイオードのP接点への電流供給部として用い
る。個別に制御可能にするため、ガルバーニ蝋付けを行
なう前に、銅フォイル４bを選択的にエッチングするこ
とによりパターン化して、銅フォイルの片面にレーザー
体のエミッターと同数の細条部が生じるようにし、蝋付
け後細条部の端部において銅フォイルを切り離す。

【００３８】第３実施形態幅がレーザー体の幅に相当し、厚さが０．３ないし１mm
で、長さがレーザー体３のレーザーダイオードの共振長
さの２倍ないし５倍であるCVDダイアモンド基体１の上
面を金４aで金属化し、前面全体を金４dで金属化する。
下面は、前縁の７０％の長さに相当する部分だけ５μm
の共晶の金・すず蝋材５でスパッタリングする。第２実
施形態で述べた櫛形構造部１bをダイアモンドに切り込
み形成するが、本実施形態では、金属化部分４aと５全
体に切り込みを入れる（切断の際に、エッジに細条部壁
のグラファイト残滓物が生じ、その比抵抗は１ないし２
mOhm cmである）。さらに個々の細条部１bの端部にして
基体の下面の、結合細条部１cの前方及び金・すず蝋付
け部５の後方に、破断予定個所１dを０．１５mmの深さ
で切り込み形成する。この櫛形ダイアモンド１の下面
を、２mm厚の金を被着した銅担持体２の上に蝋付けす
る。銅担持体２は、部分的に液体で充填されヒートパイ
プの機能を有する平坦な中空空間７を含んでいる。結合
細条部１cは、冷却後折り取ることができ、個々の細条
部１bが残る。この時点で個々の導電路４aは電気的に銅
冷却部と結合されており、銅冷却部とともにガルバーニ
電流により１０μmだけ金４bで補強される。次に導電路
を共晶の鉛・すず蝋材６で蒸着する。この蝋材６はもっ
ぱら、レーザー体を膨張に関し適合させたヒートシンク
に蝋付けするためだけに用いる。

【００３９】個々のエミッターを個別に制御するために
は、前面金属部分４dを取り去って、その代わりに、基
体蝋付け後銅担持体１のための金結合ワイヤー４eを張
り渡す必要がある。金結合ワイヤーはガルバーニ電流で
補強したあと再び切断される。

【図面の簡単な説明】

【図１】ａは本発明によるダイオードレーザー素子の第
１実施形態の分解斜視図、ｂはその横断面図である。

【図２】ａは本発明によるダイオードレーザー素子の第
２実施形態の分解斜視図、ｂはその横断面図である。

【図３】ａは本発明によるダイオードレーザー素子の第
３実施形態の分解斜視図、ｂはその横断面図である。

【符号の説明】

１基体１ａチャンネル１ｂ細条部１ｃ横細条部２担持体２ａ銅層２ｂ補強層、セラミックス層３延べ棒状のレーザー体３ａエミッター４ａ薄膜金属化部分＜２μｍ４ｂ基体上面側の厚膜金属化部分＞２μｍ４ｃ基体下面側の厚膜金属化部分＞２μｍ４ｄ基体前面側の薄膜金属化部分＜２μｍ４ｅ結合ワイヤー５基体と担持体の間にある蝋材層６基体と延べ棒状ダイオードレーザー体の間にある
蝋材層７中空空間７ａ排出部７ｂ供給部

フロントページの続き (72)発明者フリートヘルムドルシュドイツ連邦共和国デー・65185 ヴィースバーデンヘルダーシュトラーセ５ (72)発明者カーチャジュースドイツ連邦共和国デー・07745 イェーナショメルスシュトラーセ９アー

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】延べ棒状のレーザー体（３）とヒートシン
クとを有し、ヒートシンクが担持体（２）を備え、担持
体（２）が、高熱伝導能の誘電性基体（１）と面結合す
るように取付けられるレーザー体（３）の熱膨張係数よ
りも実質的に大きな熱膨張係数を持った材料から成り、
基体（１）の上面に、電流誘導と電気接点用の金属化部
分（４a，４b）が設けられ、該金属化部分（４a，４b）
上に蝋材（６）を用いてレーザー体（３）が取付けられ
ているダイオードレーザー素子において、基体（１）を、レーザー体の幅方向に個々の部分基体
（１b）を並べて成る細条部体として構成することによ
り、担持体（２）と面結合している部分基体（１b）列
の上面のレーザー体（３）取り付け面領域に、２５％以
下でレーザー体の熱膨張に適合する熱膨張部が生じるよ
うにしたことを特徴とするダイオードレーザー素子。
【請求項２】基体（１）の細条部（１b）の数量がレー
ザー体（３）のエミッター（３a）の数量に対応してお
り、エミッターの中心がそれぞれ細条部の中心と一直線
上に並ぶようにレーザー体（３）が細条部（１b）上に
取付けられていることを特徴とする、請求項１に記載の
ダイオードレーザー素子。
【請求項３】基体（１）がｔ−cBNまたはCVDダイアモン
ドから成っていることを特徴とする、請求項１または２
に記載のダイオードレーザー素子。
【請求項４】基体の細条部（１ｂ）が横細条部（１ｃ）
を介して互いに結合されており、しかも横細条部（１
ｃ）が担持体（２）と面結合されることなく、互いに結
合されていることを特徴とする、請求項１から３までの
いずれか一つに記載のダイオードレーザー素子。
【請求項５】各細条部（１ｂ）の個々のストライプ状の
金属化部分（４ａ，４ｂ）が、任意の大きさの電気抵抗
部を介して、少なくとも１つの隣接する金属化部分と結
合されていることを特徴とする、請求項１から４までの
いずれか一つに記載のダイオードレーザー素子。
【請求項６】担持体（２）が、塊状の銅または互いに面
結合されている２つの銅層（２ａ）を有していることを
特徴とする、請求項１から５までのいずれか一つに記載
のダイオードレーザー素子。
【請求項７】担持体（２ａ）が少なくとも１つの閉じた
中空空間（７）を有し、中空空間（７）が部分的に液体
で充填されており、この液体は、基体（１）下方の担持
体熱導入領域から蒸発により担持体熱放出領域へ搬送さ
れ、そこで凝縮し、液体として担持体熱導入領域へ還流
することにより対流型熱搬送を可能にし、よってヒート
パイプの原理にしたがって機能することを特徴とする、
請求項１から６までのいずれか一つに記載のダイオード
レーザー素子。
【請求項８】担持体が少なくとも２つの銅層（２ａ）か
ら成り、そのうち少なくとも一つの銅層に冷却チャンネ
ル構造部（７）が形成され、冷却チャンネル構造部
（７）には、該冷却チャンネル構造部または他の銅層に
形成した供給部及び排出部（７ａ，７ｂ）を介して、対
流型熱放出を可能にする液状媒体またはガス状媒体が供
給されることを特徴とする、請求項１から６までのいず
れか一つに記載のダイオードレーザー素子。
【請求項９】前記少なくとも２つの銅層（２ａ）のうち
少なくとも１つの銅層の代りに、担持体（２）の機械的
安定性及び（または）熱伝導能を向上させる他の材料か
ら成る層が設けられていることを特徴とする、請求項１
から８までのいずれか一つに記載のダイオードレーザー
素子。
【請求項１０】請求項１に記載のダイオードレーザー素
子の製造方法において、まず基体（１）の細条部（１ｂ）を担持体（２）と結合
させ、次に基体（１）と担持体（２）との結合を一時的
に解離させずに、延べ棒状のレーザー体（３）を基体
（１）の上面へ蝋材（６）を用いて蝋付けすることを特
徴とする製造方法。
【請求項１１】基体（１）の細条部（１ｂ）を硬蝋
（５）を用いて担持体（２）上に蝋付けすることを特徴
とする、請求項１０に記載の製造方法。
【請求項１２】レーザー体（３）を軟蝋（６）を用いて
基体（１）の金属化部分（４ａ，４ｂ）上に蝋付けする
ことを特徴とする、請求項１０または１１に記載の製造
方法。
【請求項１３】レーザー体（３）を硬蝋（６）を用いて
基体（１）の金属化部分（４ａ，４ｂ）上に蝋付けする
ことを特徴とする、請求項１０または１１に記載の製造
方法。