JP2006041316A - レーザー結晶用ダイボンド装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】レーザー結晶面内できわめて均一かつ高い熱伝導で固着を行い、かつ、レーザー結晶やその表面に付加された反射制御膜を傷つけることのないレーザー結晶用ダイボンド装置を提供する。
【解決手段】レーザー結晶をヒートシンクに固着するダイボンダ装置において、ピン台座１０が係合するピン保持部８とピン鍔部７Ａ間に配置されるスプリング９により、前記ピン保持部８より上下にスライド可能なピン７を備え、前記ピン７の先端面をレーザー結晶６上に接触させて前記レーザー結晶６を所定の圧力でヒートシンク４に押し付けた状態で加熱し、前記レーザー結晶６をヒートシンク４に固定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、レーザー結晶をヒートシンク等に固着するためのレーザー結晶用ダイボンド装置に関するものである。
近年、固体レーザー装置の高出力化と小型化のために、レーザー結晶を高熱伝導のヒートシンクに固着する技術の重要性が高まってきている。従来技術としては、レーザー結晶とヒートシンクの間にインジウム（Ｉｎ）やグラファイトの薄膜を挟み、外部から圧力をかけて密着させ熱伝達させる方法が良く知られている。しかし、実際には、これらの薄膜とレーザー結晶あるいはヒートシンク媒質との界面に、多くの空孔や酸化層、変性層が存在するために、期待するほどの冷却効率が得られないことが問題になっていた。また、かけた圧力によってレーザー結晶が歪み、レーザー発振特性が劣化する問題があった。さらに安定した熱伝導を行わせるためには圧力を継続的にかけ続ける必要があるため、環境温度や経年変化によって加圧機構の能力が低下した場合、熱伝達が低下する問題があった。
そこで、半導体レーザーや発熱の大きいパワー半導体デバイスの放熱技術として知られているように、熱伝導率の高いハンダ等を媒質として用い、固着によってレーザー結晶をヒートシンクに固定、冷却する方法が注目されている。固着の際一度加熱することで表面の酸化層、変性層を除去したり、界面で固着材とレーザー結晶表面層、ヒートシンク表面層と物理的に反応、一体化することで空孔をなくし冷却効率を大幅に改善することができる。また、近年高い熱伝導性を有する有機系あるいは無機系の接着剤も開発普及しており、これは固化、接着させる際にハンダのような高い温度を必要としないために固着作業が簡便であるという特徴がある。従来レーザー結晶とヒートシンクをハンダ等で固着した構造の例として以下のような文献が知られている。
米国特許第５５５３０８８号公報 米国特許第６６５８０３６号公報 アイトリプルイー ジャーナル オブ セレクテッド トピックス イン クォンタム エレクトロニクス ６巻（２０００年発行）、６５０頁 オプティクス・レターズ、２７巻（２００２年発行）、１７９１頁 アプライド・フィジックス・レターズ、８３巻（２００３年発行）、４０８６頁
しかしながら、ハンダ等を固着材として用いる場合、それぞれの媒質の位置合わせ、固定、加圧と加熱を行うダイボンド装置が必要となるが、レーザー結晶をヒートシンクに固着する場合には通常の半導体デバイスと異なり、レーザー結晶の発熱面積が大きいこと、発熱密度が高いこと、さらにレーザー結晶側の固着面に熱伝達の不均一性があった場合、レーザー結晶中の温度分布の不均一性や熱歪みによって屈折率が局所的に変化するためにレーザー発振特性が劣化する可能性があった。また、一般にレーザー結晶の表面やレーザー結晶と固着材の間には、レーザー光を反射したり透過したりするための誘電体や金属の反射膜や反射防止膜などの反射率制御膜が形成されており、これらがダイボンドの際に物理的に傷つけられたり、熱や歪みによって剥がれたりした場合にも、レーザー発振特性が著しく劣化あるいは動作不能になる可能性があった。
本発明は、上記状況に鑑みて、レーザー結晶をヒートシンクに固着するためのダイボンド装置において、レーザー結晶面内できわめて均一かつ高い熱伝導で固着を行い、かつレーザー結晶やその表面に付加された反射率制御膜を傷つけることのないレーザー結晶用ダイボンド装置を提供することを目的とする。
本発明は、上記目的を達成するために、
〔１〕レーザー結晶をヒートシンクに固着するダイボンド装置において、ピン台座が係合するピン保持体とピン間にスプリングを配置し、前記ピン台座の押圧により前記スプリングを介して前記ピンを上下にスライド可能になし、前記ピンの先端面をレーザー結晶上に接触させて前記レーザー結晶を所定の圧力でヒートシンクに押し付けた状態で加熱し、前記レーザー結晶をヒートシンクに固定することを特徴とする。
〔２〕上記〔１〕記載のレーザー結晶用ダイボンド装置において、前記ピンが複数本配置されていることを特徴とする。
〔３〕上記〔２〕記載のレーザー結晶用ダイボンド装置において、前記レーザー結晶内にレーザー発振元素を含む領域とレーザー発振元素を含まない領域を有する場合に、前記レーザー発振元素を含まない領域に前記ピンが接触するように前記ピンを配置することを特徴とする。
〔４〕上記〔３〕記載のレーザー結晶用ダイボンド装置において、前記レーザー発振元素を含まない領域であって、前記レーザー発振元素を含む領域に隣接し、かつこのレーザー発振元素を含む領域を取り囲むような位置に前記ピンを接触させることを特徴とする。
〔５〕上記〔１〕、〔２〕、〔３〕又は〔４〕記載のレーザー結晶用ダイボンド装置において、前記レーザー結晶と前記ピンの先端面の間に緩衝媒質を挟むことを特徴とする。
〔６〕上記〔５〕記載のレーザー結晶用ダイボンド装置において、前記レーザー発振元素を含む領域上には前記緩衝媒質が直接接しないことを特徴とする。
〔７〕上記〔５〕記載のレーザー結晶用ダイボンド装置において、前記レーザー発振元素を含む領域が円形状であり、この円形状の領域を外すように配置される前記緩衝媒質がドーナッツ形状であることを特徴とする。
〔８〕上記〔５〕記載のレーザー結晶用ダイボンド装置において、前記レーザー結晶に接する緩衝媒質の下面の中央部に逆凹面形状部を有し、対向するレーザー結晶のレーザー発振元素を含む領域には緩衝媒質の下面が直接接しないように加工されていることを特徴とする。
〔９〕上記〔５〕記載のレーザー結晶用ダイボンド装置において、前記レーザー結晶に接する緩衝媒質の表面に頂上と谷の高さが０．５μｍ〜１００μｍの凹凸が形成されていることを特徴とする。
〔１０〕上記〔１〕記載のレーザー結晶用ダイボンド装置において、前記レーザー結晶に接するピンの先端面が平面になっており、かつ前記ピンの先端面の中央部に逆凹面形状部を有し、対向するレーザー結晶のレーザー発振元素を含む領域にはピンの先端面が直接接しないように加工されていることを特徴とする。
〔１１〕上記〔１〕記載のレーザー結晶用ダイボンド装置において、前記レーザー結晶に接するピンの先端面が平面になっており、前記ピンの先端面の中央部にピンの中心を貫通する穴を有し、この穴を通してレーザー結晶を真空吸着して保持することを特徴とする。
〔１２〕上記〔１〕記載のレーザー結晶用ダイボンド装置において、前記レーザー結晶に接するピンの先端面が平面になっており、かつ前記ピンの先端面が逆凹面形状部を有し、対向するレーザー結晶のレーザー発振元素を含む領域にはピンの先端面が直接接しないように加工されるとともに、前記逆凹面形状部の中央部に連通する穴を有し、この穴を通してレーザー結晶を真空吸着して保持することを特徴とする。
〔１３〕上記〔１１〕又は〔１２〕記載のレーザー結晶用ダイボンド装置において、前記ピンのレーザー結晶とは反対側の上部に超音波を伝える機構を具備することを特徴とする。
本発明のレーザー結晶用ダイボンド装置によれば、レーザー発振元素を含む領域や反射率制御膜を傷つけることなく、レーザー結晶をヒートシンクに固着することができるので、広い面積におよぶレーザー結晶を高熱伝導でかつ高い面内均一性の接合が可能になり、レーザーの高い発振効率、高出力でも安定した動作特性とビーム品質を得ることができる。
レーザー結晶をヒートシンクに固着するダイボンド装置において、ピン台座が係合するピン保持体とピン間にスプリングを配置し、前記ピン台座の押圧により前記スプリングを介して前記ピンを上下にスライド可能になし、前記ピンの先端面をレーザー結晶上に接触させて前記レーザー結晶を所定の圧力でヒートシンクに押し付けた状態で加熱し、前記レーザー結晶をヒートシンクに固定するレーザー結晶用ダイボンド装置を得た。よって、広い面積におよぶレーザー結晶を高熱伝導でかつ高い面内均一性の接合が可能になり、レーザーの高い発振効率、高出力でも安定した動作特性とビーム品質を得ることができる。
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１は本発明の第１実施例を示す固体レーザー結晶用ダイボンド装置の断面図である（本願請求項１〜２の発明に対応）。
この図において、土台１の上に断熱材２とヒーター３があり、このヒーター３上にヒートシンク４が設置されている。さらに、ヒートシンク４の上には固着材５を挟んでレーザー結晶６が配置されている。ピン７はピン保持体８の遊合穴８Ｂを通して上下に稼働できるようになっており、さらにピン７にはピン鍔部７Ａが形成されており、このピン７の鍔部７Ａとピン保持体８の鍔状下部８Ａとの間にコイル状のスプリング９が配置されている。また、ピン保持体８の鍔状下部８Ａには一枚のピン台座１０が載置され、このピン台座１０に荷重１１が印加可能に構成されている。つまり、ピン７を保持する複数のピン保持体８は一枚のピン台座１０に固定されており、ピン台座１０に上面から荷重１１（圧力）を加えて押し付けることにより、ピン台座１０に応動する個々のピン７のスプリング９が圧縮されてピン７の先端面からレーザー結晶６を押し付ける力が発生する。スプリング９の縮んだ長さとピン７の先端面からレーザー結晶６を押す力とは相関があるため、ピン台座１０をレーザー結晶６の表面に対し所望の距離で保持することにより、ピン台座１０に固定されているピン７の数や位置によらず、各ピン７の先端面からレーザー結晶６に所望の力がかかる。
図２は図１に示した１個のピンの支持機構を示す断面図である。
図１に示したように、ピン７はピン台座１０によって押圧されるピン保持体８の遊合穴８Ｂを通して上下に稼働できるようになっており、さらにピン７にはピン鍔部７Ａが形成されており、このピン７の鍔部７Ａとピン保持体８の鍔状下部８Ａとの間にコイル状のスプリング９が配置されている。因みに、かかるピン７の支持機構自体として、市販されている例としては（株）サンケイエンジニアリングの伝導接触ピンＣＰシリーズなどがある。
図３は本発明の他の実施例を示す１個のピンの支持機構を示す断面図である。
この図に示すように、ピン台座１０′に上端が閉じた筒状のピン保持体８′が固定され、そのピン保持体８′内にコイル状のスプリング９′が配置され、そのスプリング９′の下端に、筒状のピン保持体８′の内側に係合する筒上のピン本体７−１と細いピン先端部７−２を有するピン７′を配置するようにしている。因みに、かかるピン７′の支持機構自体として、市販されている例としてはアキュレイト販売（株）のスプリングプローブＵＰシリーズなどがある。
図１〜図３に示したように、ピン台座１０，１０′に加えられた押圧力は、ピン保持体８，８′に伝達され、ピン７，７′にスプリング９，９′を介して弾性的な押圧力が加えられるように構成される。
図４は本発明の第１実施例によるレーザー結晶用ダイボンド装置の作用と効果（その１）についての説明図である。なお、図１と同様の部分には同じ符号を付してそれらの説明は省略している。
この図においては、ヒートシンク４−１のレーザー結晶６を固着する面がヒートシンク４−１の底面に対して少し傾きを持っている。このようなヒートシンク４−１の形態は、その製造過程で起こり得るものである。この場合、固着されるレーザー結晶６もヒートシンク４−１の底面の傾きに応じて少し斜めになるが重要なことはこのような状態でもレーザー結晶６とヒートシンク４−１を面内で密着させることである。本発明のダイボンド装置によれば、それぞれピン７がピン保持体８の遊合穴８Ｂを通して独立に稼働するので、図４に示すようにヒートシンク４−１とレーザー結晶６が斜めになっていてもすべてのピン７がレーザー結晶６の表面に接触し、かつレーザー結晶６全体にヒートシンク４−１に密着させるように圧力をかけることができる。
具体的には、図４に示すように、レーザー結晶６表面の高さが高い領域（右側）ではピン７の先端面とピン台座１０との距離が近いためによりスプリング９が圧縮され、大きな力でレーザー結晶６をヒートシンク４−１に押し付け、逆にレーザー結晶６表面の高さが低い領域（左側）ではこのピン７の先端面とピン台座１０との間隔が広いためにレーザー結晶６をヒートシンク４−１に押しつける力はやや低下するが、レーザー結晶６がヒートシンク４−１と十分密着するように押し付けることが可能である。
図５は本発明の第１実施例によるレーザー結晶用ダイボンド装置の作用と効果（その２）についての説明図である。
この図に示す例ではヒートシンク４−２のレーザー結晶６を固着する面に緩やかな凹凸を有している。このような場合でもそれぞれのピン７は独立に稼働し、レーザー結晶６の全面をヒートシンク４−２に押し付けることができるので、ヒートシンク４−２の表面形状に合わせてレーザー結晶６を密着させることができる。
上記した図４および図５の例ではレーザー結晶６を押し付けるヒートシンク表面が土台１と平行平面でない場合を示したが、もちろんこれら以外にもレーザー結晶６や固着材５の厚みや表面形状に変動があった場合においてもピン７はレーザー結晶６と固着材５とヒートシンクを密着させるようにレーザー結晶６を押し付けることができる。
図６は本発明の第２実施例を示す固体レーザー結晶ダイボンド装置の断面図である（本願請求項第３項の発明に対応）。なお、図１と同様の部分には同じ符号を付してそれらの説明は省略している。
この図において、レーザー結晶２０は内部にレーザー発振元素を含む領域２１とレーザー発振元素を含まない領域２２を有しており、レーザー結晶２０表面には反射率を制御する反射率制御膜２３が形成されている。ピン３１はレーザー発振元素を含まない領域２２に配置されており、レーザー発振元素を含む領域２１には配置されていない。これは、レーザー発振元素を含む領域２１で発生したレーザー光はその表面に形成された反射率制御膜２３（一般には反射率が極力低くなるように設計された誘電体多層膜）を通して外部に取り出されるが、この誘電体多層膜がレーザー結晶２０そのものに比べ柔らかく傷つきやすい場合が多いからである。
このように構成したことにより、レーザー発振元素を含む領域２１及びそこに対応する反射率制御膜２３の表面にはピン３１が接触していないために、ピン３１でレーザー結晶２０をヒートシンク４に押し付ける際、ピン３１の先端面でレーザー発振元素を含む領域２１の反射率制御膜２３を傷つける心配がない。
しかしながら、レーザー発振元素を含む領域２１はレーザー発振動作時に発熱量が多くもっとも放熱を必要とする領域であり、ヒートシンク４にもっとも密着させなければならない領域である。
図７は本発明の第２実施例を示すレーザー結晶内部にレーザー発振元素を含む領域とレーザー発振元素を含まない領域を有する場合のレーザー結晶面上のピンで抑えるべき点を示す図であり、図７（ａ），（ｂ）はレーザー発振元素を含む領域が円形である場合、図７（ｃ），（ｄ）はレーザー発振元素を含む領域が四角形である場合を示している（本願請求項第４項の発明に対応）。
図７（ａ）においては、レーザー発振元素を含む円形の領域４１の回りのレーザー発振元素を含まない領域４２上であって、レーザー発振元素を含む円形の領域４１に近接してこの領域４１を取り囲むように４本のピン４３を配置するようにしている。
また、図７（ｂ）においては、レーザー発振元素を含む円形の領域４４の回りのレーザー発振元素を含まない領域４５上であって、レーザー発振元素を含む円形の領域４４に近接してこの領域４４を取り囲むように等間隔で８本のピン４６を配置するようにしている。
さらに、図７（ｃ）においては、レーザー発振元素を含む正方形の領域４７の回りのレーザー発振元素を含まない領域４８上であって、レーザー発振元素を含む正方形の領域４７に近接してこの領域４７を取り囲むように４本のピン４９を配置するようにしている。
また、図７（ｄ）においては、レーザー発振元素を含む長方形の領域５１の回りのレーザー発振元素を含まない領域５２上であって、レーザー発振元素を含む長方形の領域５１に近接してこの領域５１を取り囲むように８本のピン５３を配置するようにしている。
このように、レーザー結晶内部にレーザー発振元素を含む領域と含まない領域を有する場合、レーザー発振元素を含む領域と含まない領域との境界に沿ってピンを配置することで、直接押し付けることのできないレーザー発振元素を含む領域のヒートシンクへの密着性を改善することができる。
また、同じレーザー結晶内に複数のレーザー発振元素を含む領域がある場合でも、レーザー発振元素を含まない領域にピンを配置することで、図６に示した実施例と同じ理由によりレーザー発振元素を含む領域に形成された反射制御膜を傷つけることがない。さらに、その場合、レーザー発振元素を含む領域と含まない領域との境界に沿ってピンを配置することで、図７に示した実施例と同じ理由により直接押し付けることのできないレーザー発振元素を含む領域のヒートシンクへの密着性を改善することができる。
図８は本発明の第３実施例を示す固体レーザー結晶ダイボンド装置の断面図である（本願請求項第５項〜第６項の発明に対応）。なお、図６と同様の部分には同じ符号を付してそれらの説明は省略している。
この実施例においては、ピン３１とレーザー結晶２０の間に緩衝媒質６０が挟まれている。このような構成にすることにより、ピン３１の圧力を緩衝媒質６０の面積分に分散できるために、面積の非常に小さなピン３１の押さえ付けによるレーザー結晶２０や反射率制御膜２３の傷や割れを防ぐことができる。また、緩衝媒質６０はレーザー発振元素を含む領域２１に直接接触していないためにレーザー発振元素を含む領域２１及びそこに対応する反射率制御膜２３の表面に傷や割れを生じさせることがない。
図９は本発明の第３実施例の固体レーザー結晶ダイボンド装置を分解した斜視図である（本願請求項第７項の発明に対応）。緩衝媒質はレーザー発振元素を含む領域２１を避けるようにドーナッツ形状の緩衝媒質６１となし、かつ一体に形成することでレーザー結晶２０への位置あわせが容易になるように構成されている。
図１０は本発明の第４実施例を示す固体レーザー結晶ダイボンド装置の断面図である（本願請求項第８項の発明に対応）。なお、図６と同様の部分には同じ符号を付してそれらの説明は省略している。
この実施例では、緩衝媒質６２はレーザー発振元素を含む領域２１に接しないように、逆凹面形状に加工された逆凹面形状部６３が形成されるようにしている。
このように構成することで、レーザー発振元素を含む領域２１及びそこに対応する反射率制御膜２３の表面の傷や割れを防ぐことができる。
図１１は本発明の第５実施例を示す固体レーザー結晶ダイボンド装置の断面図である（本願請求項第９項の発明に対応）。なお、図６と同様の部分には同じ符号を付してそれらの説明は省略している。
この実施例では、緩衝媒質６４の反射率制御膜２３に接する面全面に０．５μｍ〜１００μｍの微小凹凸６５が形成されている。このように構成することにより、ダイボンドの際、加熱により緩衝媒質６４と反射率制御膜２３が融着して離れなくなったり、反射率制御膜２３が傷ついたりすることを避けることができる。
この図１１では緩衝媒質６４による圧力の分散と接触面の微小凹凸６５の形成による張り付きの防止効果を考えてレーザー発振元素を含む領域２１にもピン６６を配置して、押さえ付けるようにしている。このように構成することによりもっとも発熱量が大きく、ヒートシンク４への密着が必要なレーザー発振元素を含む領域にピン６６による圧力を加えることができる。
緩衝媒質６４の材料の例としては、レーザー結晶と同じＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）でもよいし、サファイア、水晶、シリコンなどの結晶でもよい。また、石英やＢＫ７などのガラス材料でもよい。さらにはアルミニウムや銅、ステンレスなどの金属材料でもよい。また、ＳｉＣ、ＡｌＮ、ＢＮなどのセラミックでもよい。
接触面に０．５μｍ以上の微小凹凸６５を形成する手法としては、研磨やサンドブラストのような機械的な加工はもちろん、化学的機械的研磨でもよい。さらにエッチングでもよいし、メッキやアルマイト処理、黒化処理などの電気化学的処理でもかまわない。
図１２は本発明の第６実施例を示す固体レーザー結晶ダイボンド装置の断面図である（本願請求項１０項の発明に対応）。なお、図６と同様の部分には同じ符号を付してそれらの説明は省略している。
この図において、レーザー結晶２０内でレーザー発振元素を含む領域２１にはピン７１の先端面７１−Ａが直接触れないようにピン７１の先端面７１−Ａに逆凹面形状に加工された逆凹面形状部７２を形成するようにしている。
このように、ピン７１の先端面７１−Ａを逆凹面形状にすることでレーザー結晶２０のレーザー発振元素を含む領域２１へ傷が付くのを防止することができ、かつレーザー発振元素を含む領域２１の周囲を均一にヒートシンク４に押さえ付けることができる。なお、図中、７３はスプリング、７４はピン保持体を示している。
図１３は本発明の第７実施例を示す固体レーザー結晶ダイボンド装置の断面図である（本願請求項１１項の発明に対応）。なお、図６と同様の部分には同じ符号を付してそれらの説明は省略している。
この実施例では、ピン８１の先端に平坦面８１−Ａを有し、先端が平坦になったピン８１の内部の中央には真空に引くための中空機構８２を備えており、レーザー結晶２０を吸引して保持し、レーザー結晶２０をヒートシンク４に位置あわせを行った後に、レーザー結晶２０をヒートシンク４に押さえ付け固着する。ピン８１の先端を平坦面８１−Ａにすることでレーザー結晶２０を押さえ付ける力を分散させ、レーザー結晶２０や反射率制御膜２３へ傷が付くのを防止することができる。
図１４は本発明の第８実施例を示す固体レーザー結晶ダイボンド装置の断面図である（本願請求項第１２項の発明に対応）。なお、図１２と同様の部分には同じ符号を付してそれらの説明は省略している。
この図において、レーザー結晶２０内でレーザー発振元素を含む領域２１にはピン９１の先端面９１−Ａが直接触れないように逆凹面形状に加工された逆凹面形状部９２を形成するようにしている。さらに、ピン９１の逆凹面形状部９２の内部の中央には真空に引くための中空機構９３を具備しており、レーザー結晶２０を吸引して保持し、ヒートシンク４に位置合わせを行った後に、レーザー結晶２０をヒートシンク４に押さえ付け固着する。ピン９１の先端面９１−Ａを逆凹面形状にすることでレーザー結晶２０のレーザー発振元素を含む領域２１へ傷が付くのを防止することができ、かつ、レーザー発振元素を含む領域２１の周囲を均一にヒートシンク４に押さえ付けることができる。
図１５は本発明の第９実施例を示す固体レーザー結晶ダイボンド装置の平面図である（本願請求項第１３項の発明に対応）。なお、図１４と同様の部分には同じ符号を付してそれらの説明は省略している。
この実施例では、レーザー結晶２０を押さえるピン９１の上端側に超音波発生部９４を固定するようにしている。このように構成することにより、ダイボンド中、固着材５のハンダが融解した時点でピン９１に超音波を印加し、ハンダ表面の極薄い酸化膜を破ってハンダとレーザー結晶２０との界面で良好な接触を得ることができる。さらに、融解したハンダが均一に攪拌され、かつボイドの発生も防止することができる。
以上の実施例において、レーザー発振元素としては、Ｙｂ（イッテルビウム）やＮｄ（ネオジウム）でもよいし、Ｔｍ（ツリウム）、Ｈｏ（ホロミウム）などの遷移金属でもよい。また、Ｃｒ（クロム）やＴｉ（チタン）でもよいし、それらを複数含んでもよい。また、レーザー結晶の母材としては、ＹＡＧ以外にＹＶＯ4 （イットリウム・バナデート）、ＧｄＶＯ4 （ガドリウムバナデート）、ＹＬＦ（イットリウム・リチウム・フロライド）、ＫＧＷ（タングテート）、ＧＧＧ（ガドリウム・ガリウム・ガーネット）などでもよい。また、最近ではこれらの材料のセラミックあるいは多結晶の構造体も利用可能である。
固着材は高熱伝導性の有機系、無機系の接着剤でもよいし、Ａｕ，Ａｇ，Ｓｎ，Ｉｎ、Ｓｂ、Ｃｕ、Ｐｂなどを含む低融点金属材料、ハンダ材でも構わない。レーザー結晶や反射率制御膜の耐熱性を考慮し、最適な融点や硬度を得るための金属材料の混合比が選択される。
これらの固着材とレーザー結晶との密着性を上げるために、レーザー結晶側にも適切な処理や密着性改善層の形成が必要である。たとえば、ハンダ材を固着材に用いるのであれば、レーザー結晶側にＣｒ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ａｕなどの薄膜金属が積層される。
ヒートシンクの材料はＣｕ，ＣｕＷなどの金属材料をはじめ、ＳｉＣ，ＡｌＮ，ＢＮ、ＤＬＣでもよい。レーザー結晶と同じく固着材との密着性を上げるためにヒートシンクの表面にＣｒ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ａｕなどの薄膜金属が積層される。
ピンおよびスプリングは耐熱性に優れた材料が選択されるが、代表的なものとしてはステンレスが用いられる。ピンの先端面は緩やかな球形でもよいし平面でもよい。また、先端部に断熱性のあるセラミックや緩衝性のあるテフロン（登録商標）やフッ素樹脂を用いたりごく一部に付加してもよい。
レーザー結晶を抑えつける圧力としては結晶全体で２００〜１０００グラムが適当であるが、レーザー結晶の材質や厚みに応じて２００グラム以下や１０００グラム以上の圧力も選択可能である。ピンを多数配置することでピン１本あたりの圧力を低減することができる。
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づき種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。
本発明のレーザー結晶用ダイボンド装置は、高出力で高品質の固体レーザー装置として利用可能である。
本発明の第１実施例を示す固体レーザー結晶用ダイボンド装置の断面図である。 図１に示した１個のピンの支持機構を示す断面図である。 本発明の他の実施例を示す１個のピンの支持機構を示す断面図である。 本発明の第１実施例によるレーザー結晶用ダイボンド装置の作用と効果（その１）についての説明図である。 本発明の第１実施例によるレーザー結晶用ダイボンド装置の作用と効果（その２）についての説明図である。 本発明の第２実施例を示す固体レーザー結晶ダイボンド装置の断面図である。 本発明の第２実施例を示すレーザー結晶内部にレーザー発振元素を含む領域とレーザー発振元素を含まない領域を有する場合のレーザー結晶面上のピンで抑えるべき点を示す図である。 本発明の第３実施例を示す固体レーザー結晶ダイボンド装置の断面図である。 本発明の第３実施例の固体レーザー結晶ダイボンド装置を分解した斜視図である。 本発明の第４実施例を示す固体レーザー結晶ダイボンド装置の断面図である。 本発明の第５実施例を示す固体レーザー結晶ダイボンド装置の断面図である。 本発明の第６実施例を示す固体レーザー結晶ダイボンド装置の断面図である。 本発明の第７実施例を示す固体レーザー結晶ダイボンド装置の断面図である。 本発明の第８実施例を示す固体レーザー結晶ダイボンド装置の断面図である。 本発明の第９実施例を示す固体レーザー結晶ダイボンド装置の平面図である。
符号の説明
１ 土台
２ 断熱材
３ ヒーター
４，４−１，４−２ ヒートシンク
５ 固着材
６，２０ レーザー結晶
７，７′，３１，４３，４６，４９，５３，６６，７１，８１，９１ ピン
７Ａ ピン鍔部
７−１ ピン本体
７−２ 細いピン先端部
８，８′，７４ ピン保持体
８Ａ ピン保持体の鍔状下部
８Ｂ ピン保持体の遊合穴
９，９′，７３ スプリング
１０，１０′ ピン台座
１１ 荷重
２１ レーザー発振元素を含む領域
２２，４２，４５，４８，５２ レーザー発振元素を含まない領域
２３ 反射率制御膜
４１，４４ レーザー発振元素を含む円形の領域
４７ レーザー発振元素を含む正方形の領域
５１ レーザー発振元素を含む長方形の領域
６０，６２，６４ 緩衝媒質
６１ ドーナッツ形状の緩衝媒質
６３，７２，９２ 逆凹面形状部
６５ 微小凹凸
７１−Ａ，９１−Ａ ピンの先端面
８１−Ａ 平坦面
８２，９３ 中空機構
９４ 超音波発生部

Claims (13)

  1. レーザー結晶をヒートシンクに固着するダイボンド装置において、ピン台座が係合するピン保持体とピン間にスプリングを配置し、前記ピン台座の押圧により前記スプリングを介して前記ピンを上下にスライド可能になし、前記ピンの先端面をレーザー結晶上に接触させて前記レーザー結晶を所定の圧力でヒートシンクに押し付けた状態で加熱し、前記レーザー結晶をヒートシンクに固定することを特徴とするレーザー結晶用ダイボンド装置。
  2. 請求項１記載のレーザー結晶用ダイボンド装置において、前記ピンが複数本配置されていることを特徴とするレーザー結晶用ダイボンド装置。
  3. 請求項２記載のレーザー結晶用ダイボンド装置において、前記レーザー結晶内にレーザー発振元素を含む領域とレーザー発振元素を含まない領域を有する場合に、前記レーザー発振元素を含まない領域に前記ピンが接触するように前記ピンを配置することを特徴とするレーザー結晶用ダイボンド装置。
  4. 請求項３記載のレーザー結晶用ダイボンド装置において、前記レーザー発振元素を含まない領域であって、前記レーザー発振元素を含む領域に隣接し、かつ該レーザー発振元素を含む領域を取り囲むような位置に前記ピンを接触させることを特徴とするレーザー結晶用ダイボンド装置。
  5. 請求項１、２、３又は４記載のレーザー結晶用ダイボンド装置において、前記レーザー結晶と前記ピンの先端面の間に緩衝媒質を挟むことを特徴とするレーザー結晶用ダイボンド装置。
  6. 請求項５記載のレーザー結晶用ダイボンド装置において、前記レーザー発振元素を含む領域上には前記緩衝媒質が直接接しないことを特徴とするレーザー結晶用ダイボンド装置。
  7. 請求項５記載のレーザー結晶用ダイボンド装置において、前記レーザー発振元素を含む領域が円形状であり、該円形状の領域を外すように配置される前記緩衝媒質がドーナッツ形状であることを特徴とするレーザー結晶用ダイボンド装置。
  8. 請求項５記載のレーザー結晶用ダイボンド装置において、前記レーザー結晶に接する緩衝媒質の下面の中央部に逆凹面形状部を有し、対向するレーザー結晶のレーザー発振元素を含む領域には緩衝媒質の下面が直接接しないように加工されていることを特徴とするレーザー結晶用ダイボンド装置。
  9. 請求項５記載のレーザー結晶用ダイボンド装置において、前記レーザー結晶に接する緩衝媒質の表面に頂上と谷の高さが０．５μｍ〜１００μｍの凹凸が形成されていることを特徴とするレーザー結晶用ダイボンド装置。
  10. 請求項１記載のレーザー結晶用ダイボンド装置において、前記レーザー結晶に接するピンの先端面が平面になっており、かつ前記ピンの先端面の中央部に逆凹面形状部を有し、対向するレーザー結晶のレーザー発振元素を含む領域にはピンの先端面が直接接しないように加工されていることを特徴とするレーザー結晶用ダイボンド装置。
  11. 請求項１記載のレーザー結晶用ダイボンド装置において、前記レーザー結晶に接するピンの先端面が平面になっており、前記ピンの先端面の中央部にピンの中心を貫通する穴を有し、該穴を通してレーザー結晶を真空吸着して保持することを特徴とするレーザー結晶用ダイボンド装置。
  12. 請求項１記載のレーザー結晶用ダイボンド装置において、前記レーザー結晶に接するピンの先端面が平面になっており、かつ前記ピンの先端面が逆凹面形状部を有し、対向するレーザー結晶のレーザー発振元素を含む領域にはピンの先端面が直接接しないように加工されるとともに、前記逆凹面形状部の中央部に連通する穴を有し、該穴を通してレーザー結晶を真空吸着して保持することを特徴とするレーザー結晶用ダイボンド装置。
  13. 請求項１１又は１２記載のレーザー結晶用ダイボンド装置において、前記ピンの上部に超音波を伝える機構を具備することを特徴とするレーザー結晶用ダイボンド装置。
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