JP3306335B2 - レーザーダイオードパッケージ体及びその製造方法 - Google Patents

レーザーダイオードパッケージ体及びその製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、概して、レーザー
ダイオードに関し、特に、レーザーダイオードと最後の
蓄熱体との接合部間の熱抵抗を低くしたレーザーダイオ
ードのパッケージ体に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体レーザーダイオードには、多数の
有利な点がある。これらのダイオードは、小型であり、
その活性領域の幅は典型的に１ミクロン以下から数ミク
ロンに亙り、その高さは、通常、１ｍｍの何分の１以下
であることが多い。その活性領域の長さは、典型的に、
約１ｍｍ以下である。一方向への放出光を発生させるた
めに必要とされる内部の反射面は、レーザーダイオード
を製造する元となる基板を裂くことにより形成され、従
って、機械的安定性に富む。
【０００３】外部量子効率が場合によっては約５０％近
くとなるパルス結合レーザーダイオードを有する半導体
レーザーダイオードによれば、より高い効率が可能とな
る。半導体レーザーは、半導体合金の選択により、約２
０乃至０．７ミクロンの範囲の波長の光線を発生させ
る。例えば、アルミニウムでドーピング（不純物制御）
したガリウムヒ素（ＡｌＧａＡｓ）で出来たレーザーダ
イオードは、約０．８ミクロン（〜８００ｎｍ）の光線
を放出する。この波長は、ネオジウムでドーピングした
イットリウム−アルミニウム・ガーネット（Ｎｄ：ＹＡ
Ｇ）及びその他の結晶並びにガラスで出来た、一般的な
固体レーザーのロッド（棒）及びスラブ（圧延板）の吸
収スペクトルに近い。この為、半導体レーザーダイオー
ドは、より大型の固体レーザー装置の光学励起源として
使用することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】半導体レーザーダイオ
ードの一般的な普及は、熱に伴う問題点により制限され
ている。これらの問題点は、レーザーダイオードの単位
面積当りの熱放散量が大きく、その結果、接合部に高熱
が生じ、熱サイクルによって応力が惹起されることであ
る。レーザーダイオードの効率及びレーザーダイオード
の有効寿命は、接合部の温度の上昇により低下する。
【０００５】更に、レーザーダイオードの放出波長は、
その接合部の温度の関数である。このため、設定された
出力波長が望まれる場合には、接合部の温度を一定に保
つことが必須である。例えば、Ｎｄ：ＹＡＧロッド又は
スラブを励起させるのに使用されるＡｌＧａＡｓレーザ
ーダイオードは、８０８ｎｍの波長の光線を放出しなけ
ればならない（これは、好適な吸収波長がＮｄ：ＹＡＧ
から出るときの波長であるからである）。しかしなが
ら、ＡｌＧａＡｓレーザーダイオードの接合部の温度が
３．５°Ｃ乃至４．０°Ｃ、変化する毎に、この波長は
１ｎｍ変化する。このため、この接合部の温度を制御す
ること、従って、その熱を適正に放散させることが必須
となる。
【０００６】固体レーザーロッド又はスラブがレーザー
ダイオードからの放出光により励起されるとき、その熱
の放出は問題となる。個々の各ダイオードが極めて小さ
いため、より大型の固体レーザーロッド又はスラブに必
要とされる量の入力を発生させるため、複数の個々のダ
イオードを緊密に実装して、アレイにすることが必要と
なる。しかしながら、個々のレーザーダイオードの実装
密度が増大すると、当然に、個々のレーザーダイオード
から熱を除去するのに利用可能なスペースが狭くなる。
このことは、個々のダイオードのアレイから熱を除去す
るときの問題点を一層悪化させる。
【０００７】こうした熱に伴う問題点を解決しようと試
みる一つの公知のパッケージ体は、酸化ベリリウムのよ
うな肉厚の薄い熱伝導性のセラミック構造体（蓄熱体に
結合されている）を使用することである。このセラミッ
ク構造体には、直線状の溝が形成されており、この溝内
に個々のレーザーダイオードが配置される。金属蒸着層
が溝から溝へと伸長して、電力を伝え、複数のレーザー
ダイオードの各々に電力を供給する。レーザーダイオー
ドは溝内で金属蒸着層にはんだ付けされる。
【０００８】しかしながら、この公知のパッケージ体に
は幾つかの問題点がある。例えば、レーザーダイオード
は、典型的に、その製造方法のため僅かに湾曲してい
る。湾曲したレーザーダイオードをこの公知のパッケー
ジ体の直線状の溝内に配置すると、レーザーダイオード
に更なる応力が加わり、レーザーダイオードの長さに沿
ったはんだ結合部が不均一となり、その結果、破損する
可能性がある。また、溝内にあるレーザーダイオードの
底側部分（反射面である）は、取り付けた後に洗浄する
ことができず、その結果、破損する可能性がある。更
に、殆どのセラミック（酸化ベリリウムでさえも）は、
銅又は銀のような導電性金属よりも熱伝導率が小さい。
酸化ベリリウムを使用する場合、これは、有害物質であ
り、又は溝を切るときに空気で運ばれる粒子が生じるた
め、更なる問題点が生じる。最後に、レーザーダイオー
ド自体（即ち、パッケージ体としてではなくて）を試験
することは極めて困難であるため、試験をしないレーザ
ーダイオードを溝内にはんだ付けすることとなり、その
結果、最適な性能の得られないレーザーダイオードを有
するアレイとなる。その場合、性能の劣るレーザーダイ
オードを除去するための余分なコストがかかる。
【０００９】このため、組み立てが容易であり、取り扱
い及び輸送中、レーザーダイオードに対する構造的支持
体を提供し、また、組み立てた後にレーザーダイオード
の反射面の洗浄を可能にし、アレイに組み立てる前に個
々のレーザーダイオードを試験することを可能にし、更
に、無害で経済的な材料で製造される、極めて導電性で
あるレーザーダイオードパッケージ体が必要とされてい
る。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明によるレーザーダ
イオードパッケージ体は、レーザーダイオードと、吸熱
体と、蓋とを備えている。該レーザーダイオードは、放
出面と、該放出面に対向する反射面と、該放出面と該反
射面との間にある第一及び第二の側面とを備えている。
該レーザーダイオードは、該放出面と該反射面との間で
規定されるダイオード高さを有する。
【００１１】該吸熱体は、内面と、該内面に対向する外
面と、頂面と、底面とを有する。該吸熱体の高さは、頂
面と底面との間で規定され、レーザーダイオードの高さ
の約４倍よりは低い。該ダイオードの第一の面は、第一
のはんだ層により吸熱体の内面に取り付けられる。該吸
熱体の底面は、蓄熱体に結合される。
【００１２】上記蓋は、第二のはんだ層を介してレーザ
ーダイオードの第二の面に取り付けられる。該蓋の上端
はレーザーダイオードの放出面付近にある。該蓋の下端
は、典型的には、レーザーダイオードの反射面の僅かに
下方にある。吸熱体の上記内面と蓋との間の反射面の下
方の領域には、通常は空気である、不活性気体が充填さ
れている。
【００１３】該吸熱体及び蓋は、典型的には、導電性材
料で出来ている。レーザーダイオードのパッケージ体に
電力を付与したとき、電磁放射線が、レーザーダイオー
ドの接合部にて発生されて、放出面から放出される。ま
た、相当量の熱が発生する。吸熱体の高さが最小である
ため、該レーザーダイオードパッケージ体は、接合部と
蓄熱体（底面が結合される）との間の熱抵抗値が最小で
ある。その結果、この接合部の温度が最小となる。
【００１４】更に、本発明のレーザーダイオードパッケ
ージ体は、公知のパッケージ体よりも特にその反射面に
てより多くのレーザーダイオードを露出させるが、この
ことは、レーザーダイオードをはんだ付けした後のパッ
ケージ体の洗浄を容易にする。また、該レーザーダイオ
ードパッケージ体は、取り扱い及び輸送中、レーザーダ
イオードに対して構造的一体性を付与する。また、該パ
ッケージ体は、組み立ててアレイ（列状体）にする前に
レーザーダイオードの試験を容易にする。
【００１５】複数のレーザーダイオードパッケージ体が
共にまとめられて１つのアレイを形成し得る。レーザー
ダイオードパッケージ体の各々の吸熱体は、裏当て面に
取り付けられ、その後、該裏当て面は、蓄熱体に接続さ
れる。レーザーダイオードパッケージ体の各々の吸熱体
は、絶縁性裏当て面にはんだ付けするか、又は熱エポキ
シのような非導電性であるが、熱伝導性である材料を介
して導電性の裏当て面に取り付けることができる。ま
た、吸熱体の各々の外面には、はんだを受け入れて該吸
熱体を隣接する蓋と接合するための溝が設けられてい
る。
【００１６】本発明の上記の概要は、本発明の各実施の
形態又は各特徴を説明することを目的とするものではな
い。かかる説明は、図面及び以下に記載する詳細な説明
が目的とするところである。
【００１７】
【発明の実施の形態】本発明は、各種の改変例及び代替
的な形態にて具体化可能であるが、その特別な実施の形
態が図面に一例として図示されており、以下にこの実施
の形態に関して詳細に説明する。しかしながら、このこ
とは、本発明を開示された特別の形態にのみ限定するこ
とを意図するものではないことを理解すべきである。本
発明は、特許請求の範囲に記載した本発明の精神及び範
囲に属する全ての改変例、均等物及び代替例を包含する
ものである。
【００１８】最初に、図１乃至図４を参照すると、レー
ザーダイオードパッケージ体１０が端面図で図示されて
いる。該レーザーダイオードパッケージ体１０は、レー
ザーダイオード１２と、吸熱体（ヒートシンク）１４
と、蓋１７とを備えている。該レーザーダイオード１２
は、矢印として示した光子を放出するものとして示して
ある。図１に最も良く示すように、該レーザーダイオー
ド１２は、吸熱体１４と蓋１７との間に「サンドイッ
チ」されている。
【００１９】該レーザーダイオード１２は、放出面２０
（光子が放出する面）と、該放出面２０の反対側に位置
する反射面２２とを備えている。該レーザーダイオード
１２の高さは、放出面２０と反射面２２との間の距離と
して設定されている。レーザーダイオード１２の接合部
（光子が発生される箇所）は、レーザーダイオードパッ
ケージ体１０内で吸熱体１４に最も近い位置にある。レ
ーザーダイオード１２の接合部の所定の領域に隣接して
導電性材料を設け、その領域の外側に導電性のより低い
導電性材料を付与することにより、この接合部の所定の
領域に電力が供給される。従って、レーザーダイオード
１２は、電気エネルギが光エネルギに変換される箇所で
あるこれらの領域に対応する複数の放出点２４を放出面
２０に有している（図４）。電力が付与されると、光子
は接合部を通って進み、反射面２２にて反射され、放出
面２０においてのみ放出が為される。
【００２０】レーザーダイオード１２は、吸熱体１４及
び蓋１７が各々はんだ付けされる第一の面２６及び第二
の面２８を更に備えている。第一のはんだ層３０はレー
ザーダイオード１２の第一の面２６を吸熱体１４に取り
付ける。第二のはんだ層３２がレーザーダイオード１２
の第二の面２８を蓋１７に取り付ける。典型的に、第一
及び第二のはんだ層３０、３２に使用されるはんだは同
じであるが、異なるものとすることもできる。第一及び
第二のはんだ層３０、３２に使用される共通のはんだと
しては、純粋なインジウム、インジウム・ガリウム合
金、インジウム・スズ合金、及びインジウム・ガリウム
・スズ合金を含む、インジウムを含む各種の材料があ
る。好適な実施の形態においては、純粋なインジウムが
使用され、このインジウムは、熱蒸着技術により付着さ
れる。一般に、第一及び第二のはんだ層３０、３２の厚
さは約１ミクロン乃至約５ミクロンの範囲にある。
【００２１】蓋１７は、レーザーダイオード１２の放出
面２０付近の上端４０と、少なくともレーザーダイオー
ド１２の反射面２２を越えて伸長する下端４２とを有し
ている。このように、上端４０と下端４２との間に画成
された蓋１７の高さは、レーザーダイオード１２の高さ
よりも少なくとも僅かだけ長い。該蓋１７は、第二のは
んだ層３２が取り付けられる内面４４と、外方を向いた
外面４６とを有している。
【００２２】吸熱体１４は、頂面５０と、底面５２とを
有している。該吸熱体１４の高さは、頂面５０と底面５
２との間の距離として設定されている。該底面５２は、
レーザーダイオードパッケージ体１０が蓄熱体に直接的
又は間接的に取り付けられる面であり、レーザーダイオ
ード１２の接合部にて発生された熱は、図５に関して以
下に説明するように、この蓄熱体に放散される。吸熱体
１４は、第一のはんだ層３０が取り付けられる内面５４
と、該内面５４の反対側の外面５６とを更に備えてい
る。
【００２３】該吸熱体１４の高さは、典型的に、レーザ
ーダイオード１２の高さの約４倍以下である。一つの実
施の形態においては、該レーザーダイオード１２の高さ
は約０．５ｍｍ（約０．０２インチ）であり、吸熱体１
４の高さは約２．０ｍｍ（約０．０８インチ）である。
好適な実施の形態においては、吸熱体１４の高さはレー
ザーダイオード１２の高さの約２倍以下である。高さの
低い吸熱体１４を提供することにより、熱が発生する箇
所である接合部と蓄熱体との間の熱抵抗は最小となる。
その結果、レーザーダイオード１２の接合部における温
度上昇が抑制される。
【００２４】内面５４と外面５６との間で測定した吸熱
体１４の厚さは、その第一の面２６と第二の面２８との
間で測定したレーザーダイオード１２の厚さよりも全体
として厚い。好適な実施の形態において、該吸熱体１４
の厚さは約０．１８ｍｍ（約０．００７インチ）であ
り、レーザーダイオード１２の厚さは約０．１３ｍｍ
（約０．００５インチ）である。別の好適な実施の形態
において、吸熱体１４の厚さは、その高さの約１０％以
上である。吸熱体１４の厚さが厚ければ厚い程、熱が流
れる断面積が増大するから、吸熱体１４の熱抵抗はより
小さくなる。しかしながら、吸熱体１４の厚さが増せ
ば、レーザーダイオードパッケージ体１０のアレーの実
装密度が低下する。
【００２５】蓋１７の目的は、主として、レーザーダイ
オード１２に対して構造体的一体性及び低抵抗値の電気
接点を提供することであり、熱を除去することではな
い。従って、蓋１７の厚さは、レーザーダイオード１２
よりも薄くてよく、また、蓄熱体に結合する必要はな
い。このように、蓋１７は、全体的に、レーザーダイオ
ード１２の高さよりも僅かに高く、またその厚さは、レ
ーザーダイオード１２よりも一般に薄い。一つの実施の
形態において、蓋１７の厚さは約０．０５ｍｍ（約０．
００２インチ）であり、その高さは約０．６ｍｍ（約
０．０２５インチ）である。
【００２６】蓋１７の高さがそれほど高くなく、このた
め、放電が生ずる面積がそれほど大きくない、レーザー
ダイオードパッケージ体１０は、吸熱体１４と蓋１７と
の間に電気的短絡が生ずる可能性を最小にする。レーザ
ーダイオード１２の反射面２２の下方の内側部５４にお
ける吸熱体１４と蓋１７との間の空隙には、不活性気体
が充填され、この不活性気体は通常は空気である。蓋１
７及び吸熱体１４が可撓性の薄片で出来ている場合、そ
の２つの要素が曲がって且つ互いに接触し、その結果、
電気短絡を生じる可能性がある。このため、上述したよ
うに、蓋１７及び吸熱体１４の高さが低いことが好まし
い。
【００２７】また、蓋１７及び吸熱体１４の高さは、組
み立てた後に、レーザーダイオード１２の反射面２２を
洗浄するために該反射面２２にアクセス可能な形態とも
されている。蓋１７及び吸熱体１４が可撓性の薄片で出
来ている場合、相当な高さであるならば、その要素の一
方又は双方が反射面２２を覆う可能性がある。従って、
この理由によっても、蓋１７及び吸熱体１４の高さは低
いことが好ましい。
【００２８】ある適用例の場合、蓋１７の高さは吸熱体
１４の高さに略等しい。このため、蓋１７の下端４２を
吸熱体１４の場合と同様に蓄熱体に結合し、レーザーダ
イオード１２により発生された熱の一部を除去すること
ができる。しかしながら、レーザーダイオード１２の接
合部は吸熱体１４の付近にあるため、蓋１７を通じて熱
を除去することは、吸熱体１４を通じて熱を除去する場
合程に効果的ではない。
【００２９】図２乃至図４に示した吸熱体１４及び蓋１
７の長さは、レーザーダイオード１２の長さの関数であ
る。レーザーダイオード１２の製造方法、及び用途に対
応して、その変更が可能であるが、典型的に、レーザー
ダイオード１２の長さは約１ｃｍである。
【００３０】レーザーダイオード１２の接合部と蓄熱体
との間の全体的な熱抵抗は、主として、吸熱体１４に使
用される材料の熱伝導率に依存する。更に、レーザーダ
イオード１２の接合部が電気エネルギを放射エネルギに
変換するように、電流は吸熱体１４からレーザーダイオ
ード１２を通って蓋１７内へと流れる必要がある。この
ため、吸熱体１４の材料は、一般に熱伝導率が大きく、
典型的に、銅、銀又は金のような導電性を有する。吸熱
体１４の厚さが比較的薄いため、吸熱体１４の材料は薄
片の形態にて供給される。次に、この材料は、切断又は
エッチングによって吸熱体１４の形状にする。
【００３１】これと代替的に、吸熱体１４は、ダイヤモ
ンド、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、又は酸化ベリリ
ウムのような熱伝導率の大きい非金属材料で製造しても
よい。かかる吸熱体１４は、電流が流れるための経路を
提供すべく、導電性の金属蒸着層を必要とする。この金
属蒸着層は、レーザーダイオード１２に近い吸熱体１４
の内面５４の上、頂面５０上、及び外面５６上の少なく
とも一部分に付与される。
【００３２】蓋１７の材料は、レーザーダイオードパッ
ケージ体１０の熱的特性にとって吸熱体１４の材料の場
合程重要ではない。典型的に、蓋１７は銅で出来てい
る。
【００３３】隣接するレーザーダイオードパッケージ体
１０同士の接合を容易にすべく、吸熱体１４は溝６０を
有することができ、該溝は、頂面５０に隣接するその外
面５６の上に、吸熱体１４の長さの少なくとも実質的な
部分に沿って伸長している。隣接するレーザーダイオー
ドパッケージ体１０同士の接合状態は、図５により詳細
に図示されている。該溝６０は、典型的には、吸熱体１
４の厚さの約１／２に等しい距離だけ吸熱体１４内へと
伸長している。該溝６０の高さは、レーザーダイオード
１２の高さよりも低い。隣接するレーザーダイオードパ
ッケージ体１０同士を接合すべく、吸熱体１４が隣接す
るレーザーダイオードパッケージ体１０の蓋１７と一体
に形成されるように、溝６０内にはんだが付与される。
典型的には、該溝６０内に付与されるはんだは、第一及
び第二のはんだ層３０、３２（レーザーダイオード１２
を、それぞれ吸熱体１４、蓋１７に取り付ける層）内に
付与されたはんだとは異なる。同一のはんだが使用され
るならば、溝６０内のはんだを流動させるのに必要な温
度は、レーザーダイオード１２付近の第一及び第二のは
んだ層３０、３２内のはんだを再流動させ、レーザーダ
イオードパッケージ体１０をばらばらに分解する可能性
がある。従って、溝６０用に選択されるはんだは、第一
及び第二のはんだ層３０、３２において選択されるはん
だの溶融温度よりも低い溶融温度を有する。
【００３４】レーザーダイオードパッケージ体１０は、
その幾何学的形態に伴う優れた熱的特性以外の幾つかの
顕著な利点がある。レーザーダイオードパッケージ体１
０を組み立てたならば、レーザーダイオード１２の反射
面２２は、洗浄（典型的に溶剤を使用して行われる）の
ためにアクセスすることができる。蓋１７及び吸熱体１
４の幾何学的形態においてはその反射面２２に直接的に
付与することを妨害する構造体が存在しないため、溶剤
の塗布は容易である。反射面２２を洗浄することによっ
て、放射線が吸収されて反射されないようにしてしまう
はんだ又ははんだ用のフラックスが反射面２２の上に確
実に存在しなくなる。吸収された放射線は、局部的な高
温を生じさせ、その結果、レーザーダイオード１２を壊
滅的に破損させる可能性がある。
【００３５】蓋１７及び吸熱体１４が相対的に可撓性で
あるため、レーザーダイオード１２が本来有する湾曲度
に対応できる。この本来の湾曲度は、基材の上に幾つか
の材料層を蒸着させることを含む、レーザーダイオード
１２の製造方法に起因する。幾つかの熱膨張係数を有す
る材料を含む層が高温にて蒸着される。これらの層が冷
却され且つ基材が個々のダイオードバー１２を形成する
ように切断又は裂かれたならば、熱膨張率の不一致のた
め、個々のレーザーダイオード１２が曲がったり屈曲し
たりする。蓋１７及び吸熱体１４は、典型的に厚さが約
０．２５４ｍｍ（０．０１０インチ）以下であり、金属
で出来ているため、これらは可撓性であり、その結果と
して、レーザーダイオード１２の湾曲度に適応する。レ
ーザーダイオード１２は、堅固なパッケージ体の場合の
ような直線状の位置へと強制されないため加わる応力が
小さいのみならず、第一及び第二のはんだ層３０、３２
は、レーザーダイオード１２の全長に沿って一定の厚さ
を有することができる。このことは、レーザーダイオー
ドパッケージ体１０の電気抵抗（主として、第一及び第
二のはんだ層３０、３２にて使用されるはんだ材料の関
数である）がレーザーダイオード１２の長さに亙って一
定であることを確実にする点で重要なことである。この
電気抵抗が一定でないならば、電流の流れは電気抵抗の
小さい領域にて極めて大きくなり、その結果、レーザー
ダイオード１２からの光線の分布が不均一となる可能性
がある。更に、レーザーダイオード１２の湾曲度に起因
して、その厚さが不均一であるため、はんだ層３０、３
２内にボイド（空隙）が存在するならば、はんだ層３
０、３２の領域及びレーザーダイオード１２の隣接する
領域の過熱が生じる可能性がある。このことは、最終的
に、レーザーダイオード１２の有効寿命を短くし、破局
的な破損に至る可能性がある。
【００３６】また、レーザーダイオードパッケージ体１
０は、更に組み立ててアレイ（列状体）にする前に、容
易な方法で試験することもできる。レーザーダイオード
１２の特徴を把握し、１つのアレイ内に配置された各レ
ーザーダイオード１２が十分に機能することを確実にす
るために試験が必要とされる。例えば、放射線を発生さ
せる前に、必要とされる入力電流を判断するために電流
閾値が測定される。レーザーダイオード１２の出力は、
レーザーダイオード１２を１つのアレイ内に配置する前
に知ることが有用であるもう１つのパラメータである。
電流閾値及び出力を使用して、レーザーダイオード１２
の効率を判断する。また、各レーザーダイオード１２か
ら放出される波長は、正確には同一ではなく、測定が必
要とされる。
【００３７】その吸熱体１４と共にパッケージ体１０
を、試験ステーションの導電性で且つ熱伝導性の面に対
して配置し、また、電気回路を接続する接続具を蓋１７
に提供することにより、上述の特性を試験することがで
きる。更に、吸熱体１４の材料の比熱及び密度によって
決まる吸熱体１４の熱容量は、レーザーダイオードパッ
ケージ体１０の低出力（即ち、数ミリ秒間の数ワット）
の試験を行うのに十分である。
【００３８】更に、吸熱体１４及び蓋１７が銅で製造さ
れる場合、レーザーダイオード１２の全体的な実装コス
トは比較的低廉である。また、これらの材料は危険又は
有毒ではなく、このことは、必要な注意が少なくて済む
ため、組み立てコストを最小にする。
【００３９】図５には、略平行な形態に配置された複数
のレーザーダイオードパッケージ体１０を有するレーザ
ーダイオードアレイ１００が図示されている。複数のレ
ーザーダイオードパッケージ体１０は、第一の端部に位
置するレーザーダイオードパッケージ体１０ａと、第二
の端部に位置するレーザーダイオードパッケージ体１０
ｂとを含んでいる。第一及び第二の端部キャップ１０
２、１０４（第一及び第二の電線１０６、１０８が取り
付けられている）は、レーザーダイオードアレイ１００
の両端に位置している。これらの端部キャップ１０２、
１０４は、通常、銅である導電性材料で出来ている。電
流は第一の電線１０６から第一の端部キャップ１０２、
複数のレーザーダイオードパッケージ体１０を通って第
二の端部キャップ１０４に入り、第二の電線１０８から
外に出る。
【００４０】溝６０には、はんだが充填されており、該
はんだは、１つのパッケージ体１０の吸熱体１４を隣接
するパッケージ体１０の蓋１７に接合する。しかしなが
ら、パッケージ体１０のうちの第一の端部に位置するレ
ーザーダイオードパッケージ体１０ａの溝６０には、吸
熱体１４を第一の端部キャップ１０２に取り付けるため
にはんだが充填されている。溝６０内のはんだは、各パ
ッケージ体１０の間で電力を伝えるのに役立つ。１つの
パッケージ体１０の吸熱体１４と隣接するパッケージ体
１０の蓋１７との間に十分な接触圧力が存在するなら
ば、該パッケージ体１０はこれらの溝６０がなくてもよ
く、該パッケージ体１０を通じて電力を伝導する。
【００４１】一つの代替例において、蓋１７は、はんだ
を受け入れる溝又は切欠きを含むことができる。この溝
又は切欠きは、上述した溝６０の他にすなわち該溝６０
と独立的なものとすることとができる。
【００４２】レーザーダイオードパッケージ体１０の各
々の吸熱体１４は、裏当て面１１０に結合され、該裏当
て面１１０は、蓄熱体１２０に更に取り付けられ、該蓄
熱体が組み立ての全体を完了する。裏当て面１１０は、
層１２２（はんだ接合部又は熱伝導性エポキシとするこ
とができる）により蓄熱体１２０に取り付けられる。こ
の蓄熱体１２０は、典型的に、その内部を流体が循環す
る内部フィンを有する熱交換器である。従って、蓄熱体
１２０は、典型的に、銅のような伝導性金属である。
【００４３】裏当て面１１０は、典型的に、酸化ベリリ
ウム、窒化ホウ素、窒化アルミニウム又はダイヤモンド
のような非導電性で熱伝導性の材料で出来ている。この
材料が非導電性である場合、電力はその材料を貫通して
流れず（即ち、短絡せず）、レーザーダイオードパッケ
ージ体１０を迂回する。各吸熱体１４の底面５２は、裏
当て面１１０の上の金属蒸着ストリップ１１２にはんだ
付けされる。このはんだ層１１４は、約１ミクロン乃至
約０．０５０８ｍｍ（約０．００２インチ）の範囲の厚
さと、少なくとも吸熱体１４の厚さを覆う幅とを有して
いる。また、端部キャップ１０２、１０４の各々と裏当
て面１１０との間には、はんだ層１１４及び金属蒸着ス
トリップ１１２も存在している。しかしながら、これら
の端部キャップ１０２、１０４は、エポキシのようなそ
の他の材料で裏当て面１１０に結合することもできる。
【００４４】一つの代替例において、吸熱体１４を裏当
て面１１０から電気的に絶縁するのに十分な保護が為さ
れる限り、裏当て面１１０は、導電性で且つ熱伝導性と
することができる。このことは、これらの構造体の間の
全てのはんだ接合部を除去して、その代わりに、エポキ
シのような電気絶縁性材料を使用することで実現可能で
ある。このエポキシは、金属を充填したエポキシ又はダ
イヤモンドを充填したエポキシのような熱伝導性エポキ
シであることが好ましい。吸熱体１４を金属製裏当て面
１１０から更に絶縁するため、裏当て面１１０には、エ
ポキシが付与される前に、酸化ケイ素のような薄い絶縁
体で被覆することができる。０．５ミクロン以上の厚さ
のこの絶縁層は、十分な電気的絶縁効果を提供する。
【００４５】別の実施の形態においては、裏当て面１１
０は省略されて、パッケージ体１０は、裏当て面１１０
として機能する蓄熱体１２０の上面に直接結合される。
この蓄熱体１２０が金属製である場合、上述の文節にて
記載した電気的絶縁手段が組み込まれる。この蓄熱体１
２０が非導電性であり、また、非導電性の裏当て面１１
０に関して上述した材料で出来ているならば、吸熱体１
４は、裏当て面１１０にはんだ付けした状態で図５に示
したように、蓄熱体１２０にはんだ付けすることができ
る。
【００４６】図６には、レーザーダイオードパッケージ
体１０をストリップ１１２の上の裏当て面１１０にはん
だ付けする方法が図示されている。これらストリップ１
１２は、１つの連続的なストリップ１１２ａとすること
ができる。これと代替的に、ストリップ１１２は、一連
の不連続なパッド１１２ｂとすることができる。これら
の不連続なパッド１１２ｂは、円形（図示するような）
又は矩形の形状を含む各種の形状とすることができる。
【００４７】図７乃至図１０には、図１乃至図４のパッ
ケージ体１０と極めて類似したレーザーダイオードパッ
ケージ体２１０が図示されている。その唯一の相違点
は、図１乃至図４の溝６０に代えて、一連の切欠き２６
０が形成されている点である。これらの一連の切欠き２
６０は、１つのパッケージ体２１０の吸熱体２１４を隣
接するパッケージ体２１０の蓋２１７に接合する（即
ち、一体に形成する）点で溝６０と同一の目的を果た
す。これらの切欠き２６０は、吸熱体２１４の長さに沿
って略均一な間隔で形成されている。これらの切欠き２
６０の高さは、典型的に、レーザーダイオード２１２の
高さよりも低い。これらの切欠き２６０は、典型的に、
吸熱体２１４の厚さの約１／２に等しい距離だけ吸熱体
２１４内へと伸長している。
【００４８】上記の実施の形態及びその明らかな変形例
の各々は、特許請求の範囲に記載した本発明の精神及び
範囲に属するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のレーザダイオードパッケージ体の端面
図である。
【図２】本発明のレーザダイオードパッケージ体の第一
の側面図である。
【図３】本発明のレーザダイオードパッケージ体の第二
の側面図である。
【図４】本発明のレーザダイオードパッケージ体の平面
図である。
【図５】複数の本発明のレーザダイオードパッケージ体
を内蔵するレーザダイオードアレイの端面図である。
【図６】本発明のレーザダイオードパッケージ体を組み
立てて図５のレーザダイオードアレイにする工程を示
す、等角図である。
【図７】本発明の代替例のレーザダイオードパッケージ
体を示す端面図である。
【図８】図７の代替例のレーザダイオードパッケージ体
を示す第一の側面図である。
【図９】図７の代替例のレーザダイオードパッケージ体
を示す第二の側面図である。
【図１０】図７の代替例のレーザダイオードパッケージ
体を示す平面図である。
【符号の説明】
１０ レーザダイオードパッケージ体 １０ａ 第一の端部に位置するレーザーダイオードパッ
ケージ体 １０ｂ 第二の端部に位置するレーザーダイオードパッ
ケージ体 １２ レーザダイオード １４ 吸熱体 １７ 蓋 ２０ 放出面 ２２ 反射面 ２４ 放出点 ２６ レーザダイオードの第一の面 ２８ レーザダイオードの第二の面 ３０ 第一のはんだ層 ３２ 第二のはんだ
層 ４０ 蓋の上端 ４２ 蓋の下端 ４４ 蓋の内面 ４６ 蓋の外面 ５０ 吸熱体の頂面 ５２ 吸熱体の底面 ５４ 吸熱体の内面 ５６ 吸熱体の外面 ６０ 溝 １００ レーザダイ
オードアレイ １０２ 第一の端部キャップ １０４ 第二の端部
キャップ １０６ 第一の電線 １０８ 第二の電線 １１０ 裏当て面 １１２ 金属蒸着ス
トリップ １１４ はんだ層 １２０ 蓄熱体
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ハーバート・ジー・コイニッグ アメリカ合衆国ミズーリ州63301，セン ト・チャールズ，ノーウィッチ 809 (56)参考文献 特開 平３−6875（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−359207（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−13717（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01S 5/02

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 レーザーダイオードパッケージ体にし
    て、 放出面と、該放出面に対向する反射面と、該放出面と該
    反射面との間の第一及び第二の面とを有するレーザーダ
    イオードであって、前記放出面と前記反射面との間で規
    定されるダイオード高さを有する前記レーザーダイオー
    ドと、 内面と、該内面に対向する外面と、頂面と、底面とを有
    し、前記頂面と前記底面との間で規定される高さを有す
    るヒートシンクであって、前記レーザーダイオードの前
    記第一の面が第一のはんだにより前記ヒートシンクの前
    記内面に取り付けられ、前記底面が蓄熱体に結合されて
    前記レーザーダイオードから熱を放散させるようになさ
    れ、前記ヒートシンクの高さは前記ダイオードの高さの
    約４倍以下である、前記ヒートシンクと、 第二のはんだを通じて前記レーザーダイオードの前記第
    二の面に取り付けられた蓋と、を備え、前記レーザーダイオードの下方に位置する前記ヒートシ
    ンクの内側面の全高さが前記蓋の対応する対向内側面に
    直にさらされており、 前記レーザダイオードの反射面
    が、前記ヒートシンクと前記蓋との間で妨害するものが
    存在しないで露出されていて、前記レーザダイオードが
    前記ヒートシンクと前記蓋との間に組み付けられた後
    に、前記反射面の洗浄が可能とされている、レーザーダ
    イオードパッケージ体。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載のレーザーダイオードパ
    ッケージ体にして、前記蓋が、前記ヒートシンクの高さ
    に略等しい高さと、前記蓄熱体に結合された底面と、を
    有する、レーザーダイオードパッケージ体。
  3. 【請求項３】 請求項１又は２のいずか一の項に記載の
    レーザーダイオードパッケージ体にして、 前記第一のはんだ及び前記第二のはんだが同一の材料で
    出来ている、レーザーダイオードパッケージ体。
  4. 【請求項４】 請求項１又は２のいずれか一の項に記載
    のレーザーダイオードパッケージ体にして、 前記ヒートシンクが、ダイヤモンド、酸化ベリリウム、
    窒化アルミニウム及び窒化ホウ素から成る群から選択さ
    れた材料で出来ており、前記ヒートシンクが、前記頂
    面、前記内面及び前記外面の一部に設けられた金属蒸着
    層を更に備える、レーザーダイオードパッケージ体。
  5. 【請求項５】 レーザーダイオードパッケージ体にし
    て、 放出面と、該放出面に対向する反射面と、該放出面と該
    反射面との間の第一及び第二の面とを有するレーザーダ
    イオードであって、前記放出面と前記反射面との間で規
    定されるダイオード高さを有する前記レーザーダイオー
    ドと、 前記レーザダイオードの前記第一の面に取り付けられた
    第一の熱除去構造体と、 前記レーザダイオードの前記第二の面に取り付けられた
    第二の熱除去構造体と、 前記反射面の下方の前記第一の熱除去構造体と第二の熱
    除去構造体との間の領域であって、同第一の熱除去構造
    体と第二の熱除去構造体とが前記レーザダイオードに取
    り付けられた後に同レーザーダイオードの下方に位置す
    る前記第一の熱除去構造体の内側面の全高さが前記第二
    の熱除去構造体の対応する対向内側面に直にさらされて
    おり、同第一の熱除去構造体と第二の熱除去構造体とが
    前記レーザダイオードに取り付けられた後に前記反射面
    の洗浄を可能にするようになされた領域と、を含み、 前記第一の熱除去構造体と前記第二の熱除去構造体と
    は、前記ダイオードの高さの約４倍よりも短く且つ同じ
    高さを有している、レーザーダイオードパッケージ体。
  6. 【請求項６】 レーザーダイオードアレイであって、 複数のレーザーダイオードパッケージ体にして、同パッ
    ケージ体の各々がレーザーダイオードとヒートシンクと
    蓋とを有し、前記レーザーダイオードは、放出面と、該
    放出面に対向する反射面と、該放出面と該反射面との間
    で規定されるダイオードの高さとを有し、前記ヒートシ
    ンクは、頂面と、底面と、前記頂面と前記底面との間で
    規定されるヒートシンクの高さを有し、同ヒートシンク
    の高さは前記ダイオードの高さの約４倍以下であり、前
    記蓋は、前記放出面の近くの上端と、前記反射面の下方
    の下端と、を有し、前記複数のレーザーダイオードパッ
    ケージ体は、同複数のレーザーダイオードパッケージ体
    の各々が、同複数のレーザーダイオードパッケージ体の
    少なくとも他の一つと電気的に接触するように平行な形
    態にて配置されており、前記複数のレーザーダイオード
    パッケージ体のうちの第一のパッケージ体のヒートシン
    クと前記複数のレーザーダイオードパッケージ体のうち
    の隣接する第二のパッケージ体の蓋との間の接触によ
    り、前記電気的接触が為されるようにされた、複数のレ
    ーザーダイオードパッケージ体と、 前記複数のレーザーダイオードパッケージ体に電力を供
    給する手段と、 前記ヒートシンクの前記底面の各々が取り付けられる裏
    当て面であって、前記レーザーダイオードパッケージ体
    の隣接するパッケージ体の間における電気的短絡を防止
    する電気的絶縁手段を備える、裏当て面と、 を含み、前記レーザーダイオードの下方に位置する前記ヒートシ
    ンクの内側面の全高さが前記蓋の対応する対向内側面に
    直にさらされており、 前記レーザダイオードの各々の前
    記反射面は、前記レーザダイオードが前記ヒートシンク
    と前記蓋との間に組み付けられた後に、前記反射面の洗
    浄が可能とされ、前記ダイオードパッケージ体の各々
    が、組み付けられてアレイにされる前に前記反射面の洗
    浄を可能にするために、前記ヒートシンクと前記蓋との
    間で同反射面が妨害するものが存在しないで露出されて
    いる、レーザーダイオードアレイ。
  7. 【請求項７】 請求項６に記載のレーザーダイオードア
    レイにして、 前記第一及び第二のはんだの流動温度が前記第三のはん
    だの流動温度よりも高い、レーザーダイオードアレイ。
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