(57)【要約】  本発明は、半導体コンポーネント配列体１０／４０を熱的に接触させることに関する。半導体コンポーネント配列体１０／４０の両側に配置される２つの熱伝導体２０，３０のうちの少なくとも１つ２０／３０を、力５３を加えた状態で、金属層５２によって半導体コンポーネント配列体１０／４０の接触表面１２／４６と接触させ、金属層５２は係止媒介物の凝固中に融解し、２つの熱伝達体２０，３０間にその全領域にわたって接着結合を形成する。
2013504220.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体モジュール（８０）を作製する方法において、
ａ）次のｉ）〜ｖｉ）を設けるステップであって、
ｉ）半導体コンポーネント配列体（１０／４０）であって、
第一の側部に、第一接触表面（１１／４５）をもつ少なくとも１つの第一電気的接続部（１６／４１）を有し、且つ
前記第一の側部の反対側に位置する第二の側部に、第二接触表面（１２／４６）をもつ少なくとも１つの第二電気的接続部（１７／４２）を有する半導体コンポーネント配列体と、
ｉｉ）第一熱伝導体（２０）と、
ｉｉｉ）少なくとも１つの第二熱伝導体（３０）と、
ｉｖ）第一金属層（５１）と、
ｖ）少なくとも１つの第二金属層（５２）と、
ｖｉ）少なくとも１つの接合手段（５５）と
を設けるステップと、
ｂ）前記第一熱伝導体（２０）の第一接触セクション（２５）が前記第一接触表面（１１／４５）に対向して位置し且つ前記第二熱伝導体（３０）の第二接触セクション（３５）が前記第二接触表面（１２／４６）に対向して位置するように、前記第一熱伝導体（２０）及び前記第二熱伝導体（３０）の間に前記半導体コンポーネント配列体（１０／４０）を配置するステップであって、前記第一金属層（５１）の少なくとも部分が前記第一接触セクション（２５）及び前記第一接触表面（１１／４５）の間に配置され、前記第二金属層（５２）の少なくとも部分が前記第二接触セクション（３５）及び前記第二接触表面（１２／４６）の間に配置されるステップと、
ｃ）少なくとも１つの力（５３）を生成するステップであって、前記力の少なくとも成分が、２つの前記熱伝導体（２０／３０）のうちの一方によって、他方の前記熱伝導体（２０／３０）の方向に効果的に向けられるステップ、及び
前記接合手段（５５）を凝固させることによって、２つの前記熱伝導体（２０、３０）の材料係止による接続を形成するステップと
を含み、
前記第二金属層（５２）におけるステップｃ）での温度は、最も低い融解温度を有する前記第二金属層（５２）の金属材料の融解温度を超えないことを特徴とする方法。
【請求項２】
ステップｃ）では、前記少なくとも１つの力（５３）の生成は、前記材料係止による接続の形成と同時に実行されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第一熱伝導体（２０）の第一接続セクション（２６）が、前記半導体コンポーネント配列体（１０／４０）から離れて、前記第二熱伝導体（３０）の第二接続セクション（３６）に対向して位置し、
前記接合手段（５５）の少なくとも部分が、前記第一接続セクション（２６）及び前記第二接続セクション（３６）との間に配置されることを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
方法ステップｃ）で生成される前記力（５３）は、外力であり、前記外力は、前記熱伝導体（２０／３０）のうちの少なくとも一方に外部から加えられ、前記外力の少なくとも成分が他方の前記熱伝導体（３０／２０）の方向に向けられ、
方法ステップｃ）の後に、前記外力（５３）が部分的又は完全に除去される方法ステップｄ）が続くことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
方法ステップｂ）では、材料係止による接続が、前記第一接触セクション（２５）及び前記半導体コンポーネント配列体（１０／４０）の間で行われ、前記第一金属層の少なくとも１つの金属材料が前記第一接触セクション（２５）及び前記半導体コンポーネント配列体（１０／４０）の間に配置されることを伴うことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
方法ステップｃ）では、前記第二接触セクション（３５）及び前記第二接触表面（１２／４６）の間における力係止による接続の形成が行われ、前記接続は前記凝固した接合手段（５５）によって保持されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
方法ステップｃ）では、前記第二接触セクション（３５）及び前記半導体コンポーネント配列体（１０／４０）の間における材料係止による接続の形成は、前記第二接触セクション（３５）の金属表面領域及び／若しくは前記第二電気的接続部（１７／４６）の金属表面領域の中に前記第二金属層（５２）の少なくとも１つの金属材料を固体拡散させることによって、並びに／又は、前記第二金属層（５２）の中に前記第二接触セクション（３５）の前記表面領域及び／若しくは前記第二電気的接続部（１７／４２）の前記表面領域における少なくとも１つの金属材料を固体拡散させることによって行われ、前記第二金属層（５２）の金属材料、前記第二接触セクション（３５）の前記表面領域の金属材料若しくは前記第二電気的接続部（１７／４２）の前記表面領域の金属材料のうちの１つ、金属材料の形成された化合物のうちの１つ、又は、金属材料同士による形成された混合物若しくは金属材料の形成された化合物の１つ以上との金属材料の形成された混合物のうちの１つは、時間が経過しても液体状態にならないことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
方法ステップｃ）では、前記第一金属層（５１）及び前記第二金属層（５２）の温度は、各金属層（５１、５２）におけるそれぞれの最も低い融解温度を有する材料の融解温度を超えないことを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
方法ステップｃ）では、前記第二接触セクション（３５）及び前記第二接触表面（１２／４６）の間における摩擦係止による接続の形成、並びに、前記第一接触セクション（２５）及び前記第一接触表面（１１／４５）の間における摩擦係止による接続の形成の形成が行われ、前記接続は前記凝固した接合手段（５５）によって保持されることを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
方法ステップｃ）では、前記第二接触セクション（３５）及び前記半導体コンポーネント配列体（１０／４０）の間における材料係止による接続の形成は、前記第二接触セクション（３５）の金属表面領域及び／若しくは前記第二電気的接続部（１７／４６）の金属表面領域の中に前記第二金属層（５２）の少なくとも１つの金属材料を固体拡散させることによって、並びに／又は、前記第二金属層（５２）の中に前記第二接触セクション（３５）の前記表面領域及び／若しくは前記第二電気的接続部（１７／４２）の前記表面領域における少なくとも１つの金属材料を固体拡散させることによって行われ、前記第二金属層（５２）の前記金属材料、前記第二接触セクション（３５）の前記表面領域の前記金属材料若しくは前記第二電気的接続部（１７／４２）の前記表面領域の前記金属材料のうちの１つ、金属材料の形成された化合物のうちの１つ、又は、金属材料同士による形成された混合物若しくは金属材料の形成された化合物の１つ以上との金属材料の形成された混合物のうちの１つは、時間が経過しても液体状態にならず、
前記第一接触セクション（２５）及び前記半導体コンポーネント配列体（１０／４０）の間における材料係止による接続の形成は、前記第一接触セクション（２５）の金属表面領域及び／若しくは前記第一電気的接続部（１６／４１）の金属表面領域の中に前記第一金属層（５１）の少なくとも１つの金属材料を固体拡散させることによって、並びに／又は、前記第一金属層の中に前記第一接触セクション（２５）の前記表面領域及び／若しくは前記第一電気的接続部（１６／４１）の前記表面領域における少なくとも１つの金属材料を固体拡散させることによって行われ、前記第一金属層（５２）の前記金属材料、前記第一接触セクション（２５）の前記表面領域の前記金属材料若しくは前記第一電気的接続部（１６／４１）の前記表面領域の前記金属材料のうちの１つ、金属材料の生成された化合物のうちの１つ、又は、金属材料の順次生成された混合物若しくは金属材料の生成された化合物の１つ以上との金属材料の生成された混合物のうちの１つは、液体状態に移行しないことを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
少なくとも前記方法ステップｃ）は、真空中で、又は、前記第一金属層（５１）及び／若しくは前記第二金属層（５２）の前記第一金属材料及び／若しくは前記第二金属材料に関して化学的に不活性若しくは還元性の雰囲気中で、行われることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
前記第一熱伝導体（２０）及び前記第二熱伝導体（３０）は、少なくとも１つの金属含有材料からなり、前記接合手段（５５）は、デュロプラスト及びセメントの群からの電気絶縁性接合手段であることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
方法ステップａ）又はｂ）では、前記第一金属層（５１）は、前記第一接触表面（１１／４５）、若しくは前記第一接触セクション（２５）における前記半導体コンポーネント配列体（１０／４０）の方を向いている第一熱侵入表面（２１）に付着され、及び／又は、前記第二金属層（５２）は、前記第二接触表面（１２／４６）、若しくは前記第二接触セクション（３５）における前記半導体コンポーネント配列体（１０／４０）の方を向いている第二熱侵入表面（３１）に付着されることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
前記第一の層（５１）及び／又は前記第二の層（５２）における少なくとも１つの材料は、インジウム、スズ、鉛及びカドミウムの群からの化学元素を含むことを特徴とする請求項１〜１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
重量比、原子比及び／又は体積比に関して、前記第一金属層（５１）及び／又は前記第二金属層（５２）は、主にインジウムからなり、方法ステップｃ）中に、前記第一金属層（５１）及び／又は前記第二金属層（５２）の温度は少なくとも時々３０℃を超えることを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記半導体コンポーネント配列体（１０）は半導体コンポーネント（１０）として形成され、前記電気的接続部（１６，１７）は、前記半導体コンポーネント（１０）の前記第一の側部における少なくとも１つの第一金属層（１６）、及び前記半導体コンポーネント（１０）の前記第二の側部における少なくとも１つの第二金属層（１７）によって形成され、前記第一接触表面（１１）は、前記第一金属層（１６）における前記半導体コンポーネント（１０）から遠ざかる方を向いている側部に配置され、前記第二接触表面（１２）は、前記第二金属層（１７）における前記半導体コンポーネント（１０）から遠ざかる方を向いている側部に配置されることを特徴とする請求項１〜１５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１７】
前記半導体コンポーネント配列体（４０）は、少なくとも１つの半導体コンポーネント（１０）を有し、前記第一電気的接続部（４１）は少なくとも第一導電性接触体（４１）として形成され、前記第一導電性接触体は、第一導電性接合手段によって、前記半導体コンポーネント（１０）の第一の側部に材料で係止されるように固定され、
前記第二電気的接続部（４２）は第二導電性接触体（４２）として形成され、前記第二導電性接触体は、第二導電性接合手段によって、前記半導体コンポーネント（１０）の前記半導体コンポーネント（１０）の前記第一の側部の反対側に位置する第二の側部に材料で係止されるように固定されることを特徴とする請求項１〜１５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１８】
前記第一導電性接合手段及び／又は前記第二導電性接合手段は金及びスズを含み、前記第一導電性接触体（４１）及び／又は前記第二導電性接触体（４２）は、タングステン、モリブデン、炭素、窒化ホウ素及び／又は炭化ケイ素を含むことを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
重量比、原子比及び／又は体積比に関して、前記第一熱伝導体（２０）及び前記第二熱伝導体（３０）は銅及び／又はアルミニウムから主になることを特徴とする請求項１６〜１８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２０】
前記第一熱伝導体（２０）及び／又は前記第二熱伝導体（３０）は、冷却素子であることを特徴とする請求項１〜１９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２１】
前記第一熱伝導体（２０）及び／又は前記第二熱伝導体（３０）は、少なくとも１つの冷却素子に取り付けられることを特徴とする請求項１〜２０のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体コンポーネント配列体、例えば、レーザーダイオードバーの電気的接続部が熱的に接触する、半導体モジュール、例えば、ダイオードレーザーコンポーネントを作製する方法に関する。
【０００２】
レーザーダイオードバーの両側を熱的及び電気的に接触させるための方法が非特許文献１の刊行物から既知であり、その方法では、いずれの場合にも、冷却素子として形成される銅製の導電性熱伝導体が、インジウムハンダによって、レーザーダイオードバーの向かい合う各電気的接触表面にハンダ付けされる。
【０００３】
この方法の利点は、ダイオードレーザーコンポーネントを作製するために必要とされるコンポーネントの数が少ないことである。コストに関して有利であり且つ高い熱伝導性の熱伝導体材料を使用することも好都合である。この方法の不都合な点は、ハンダの凝固温度（１５７℃）から室温まで冷却することによって熱的に好都合な銅によりレーザーダイオードバーの中に導入され且つその光学的品質に悪影響を及ぼす機械的応力である。
【０００４】
特許文献１から、レーザーダイオードバーの電気的接続部を熱的に接触させるための更なる方法が既知であり、ハンダ層を不要にして、いずれの場合にも導電性熱伝導体によって摩擦で係止されるように、レーザーダイオードバーが両側において電気的及び熱的に接触するという点で、その方法は、レーザーダイオードバーを低い機械的応力で接触させるという目的を達成する。
【０００５】
この方法、及びこの方法を用いて作製される配列体の利点は、レーザーダイオードバーに対して膨張に関して熱的に不釣合いの熱伝導体とのハンダ付けよる接続に比べて、機械的応力が低く、その低い機械的応力によりレーザーダイオードバーのエミッターからの光放射の出力の高い均一性が確保されることである。
【０００６】
この方法の不都合な点は、レーザーダイオードバーの熱的接触が不十分であり、それにより、電気光学的変換効率があまりも低く、且つ光最大出力があまりにも低いことである。
【０００７】
この方法の更なる不都合な点は、接続を形成するためだけでなく、摩擦係止による接続を保持するために、摩擦係止による接続を保証する固定手段が設けられる必要があり、固定手段がダイオードレーザーコンポーネント内に残存しなければならないことである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】欧州特許出願公開第１３４１２７５号明細書
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】Dirk Lorenzen他「Comparative performance studies of indium and gold-tin packaged diode laser bars」（Proceedings of SPIE 6104-04 (2006)）
【発明の概要】
【００１０】
本発明の目的は、先に挙げた不都合な点がない、レーザーダイオードバーの電気的接続部を熱的に接触させるための方法を示すことである。
【００１１】
この目的は、請求項１に記載の半導体モジュールを作製する方法によって達成される。本発明による方法の発展形態は、従属請求項の主題である。
【００１２】
本発明によれば、第１の方法ステップにおいて、半導体モジュールの本発明による作製のために不可欠なコンポーネントに、本発明に特有の特徴が与えられる。これらのコンポーネントは、（ｉ）第１の側部に、第一接触表面をもつ少なくとも１つの第一電気的接続部を有し且つ第一の側部と反対側の位置にある第二の側部に、第二接触表面をもつ少なくとも１つの第二電気的接続部を有する半導体コンポーネント配列体と、（ｉｉ）第一熱伝導体と、（ｉｉｉ）少なくとも１つの第二熱伝導体と、（ｉｖ）第一金属層と、（ｖ）少なくとも１つの第二金属層と、（ｖｉ）少なくとも１つの接合手段とを含む。
【００１３】
半導体コンポーネント配列体は、最も単純な場合に、単一の半導体コンポーネント、例えば、レーザーダイオード素子とすることができ、電気的接続部は、半導体コンポーネントの第一の側部にある少なくとも１つの第一導電性接触層（例えば、第一メタライゼーション）と、半導体コンポーネントの第二の側部にある少なくとも１つの第二導電性接触層（例えば、第一メタライゼーション）とによって形成され、第一接触表面は、半導体コンポーネントから遠ざかる方を向いている第一導電性接触層の側部に配置され、第二接触表面は、半導体コンポーネントから遠ざかる方を向いている第二導電層の側部に配置される。本発明によるレーザーダイオード素子は、単一のエミッターを有するレーザーダイオード、互いに並置され且つ／又は積重されるいくつかのエミッターを有するレーザーダイオード、及び直列に並置される多数のエミッターを有するレーザーダイオードバーを含む。
【００１４】
代替として、半導体コンポーネント配列体は、少なくとも１つの半導体コンポーネント、例えば、１つ以上のレーザーダイオード素子と、第一電気的接続部を与える第一導電性接触体及び第二電気的接続部を与える第二導電性接触体とを有することによって、半導体モジュールのサブアセンブリ（例えば、ダイオードレーザーサブアセンブリ）として形成することができる。第一導電性接合手段の第一導電性接触体は、半導体コンポーネントの第一の側部に材料で係止されるように固定され、第二導電性接触体は、半導体コンポーネントの第一の側部と反対側に位置する半導体コンポーネントの第二の側部に第二導電性接合手段によって材料で係止されるように固定され、第一接触表面は、半導体コンポーネントから遠ざかる方を向いている第一導電性接触体の側部に配置され、第二接触表面は、半導体コンポーネントから遠ざかる方を向いている第二導電性接触体の側部に配置される。
【００１５】
本発明によれば、１つの接触体だけを有するサブアセンブリも当然考えることができ、本発明による方法を実行するために用いることができる。
【００１６】
接触体の導電性は、接触体のコア本体の導電性材料によって、又は電気絶縁性コア本体、例えば、電気絶縁性材料から作られるコア本体上の導電層によって与えることができる。
【００１７】
さらに、半導体コンポーネント配列体が１つの半導体コンポーネントとして形成される場合、第一接触表面は、半導体コンポーネントにおける第一の電気的及び熱的な接触のための第一電気的接触表面として設けられ、第二接触表面は、半導体コンポーネントにおける第二の電気的及び熱的な接触のための第二電気的接触表面として設けられ、半導体コンポーネント配列体は、半導体モジュールのサブアセンブリとして形成され、第一接触体の第一接触表面は基本的に、サブアセンブリの第一の熱的接触のための第一熱的接触表面として最初に設けられるが、同サブアセンブリの電気的接触における可能なオプションと組み合わせられ、第二接触体の第二接触表面は基本的に、サブアセンブリの第二の熱的接触のための第二熱的接触表面として最初に設けられるが、同サブアセンブリの電気的接触における可能なオプションと組み合わせられる。
【００１８】
導電性接触体は、半導体コンポーネントの熱膨張係数と２ｐｐｍ／Ｋ以下だけ異なる熱膨張係数を有することが好ましい。このことは、導電性接触体がタングステン、モリブデン、炭素、窒化ホウ素及び／又は炭化ケイ素を含む場合には、重量比、原子比及び／又は体積比に関して、ガリウムヒ素、リン化インジウム、窒化ガリウム、酸化亜鉛又はシリコンから主になる半導体コンポーネントの場合に可能であり、随意に、より高い熱膨張係数の金属、例えば、銅、銀又はアルミニウムと組み合わせた場合も可能である。このようにして、半導体コンポーネントに対して膨張に関して適合する導電性接触体は、信頼性がある硬質のハンダ、例えば、金スズハンダを用いて、材料で係止されるようにして、導電性接触体により半導体コンポーネントを低い応力で接触させることを可能にする。
【００１９】
しかしながら、コストの理由から、導電性接触体は、半導体モジュール内で必要な熱膨張を得るだけの十分な空間を占有しない。それ故、製造業者又は使用者は、特に導電性接触体に対して、又は全体として半導体コンポーネント配列体に対して、体積に関してより大きな熱伝導体を取り付けることが好ましい。
【００２０】
第一熱伝導体は、該第一熱伝導体が第一接触表面及び／又は第二接触表面に対して平行に延在する方向のうちの１つにおける半導体コンポーネント配列体よりも、第一熱伝導体が延在する方向のうちの少なくとも１つにおいて大きいことが好ましい。同様に、第二熱伝導体は、該第二熱伝導体が第一接触表面及び／又は第二接触表面に対して平行に延在する方向のうちの１つにおける半導体コンポーネント配列体よりも、第二熱伝導体が延在する方向のうちの少なくとも１つにおいて大きいことが好ましい。
【００２１】
半導体コンポーネント配列体を熱伝導体と熱的に接触させる準備をするために、本発明による第２の方法ステップでは、第一熱伝導体の第一接触セクションが第一接触表面に対向したて位置するとともに第二熱伝導体の第二接触セクションが第二接触表面に対向して位置するように、半導体コンポーネント配列体が、第一熱伝導体と第二熱伝導体との間に配置される。好ましくは、第一熱伝導体は第一接続セクションを有し、第二熱伝導体は第二接続セクションを有し、第一熱伝導体の第一接続セクションは、半導体コンポーネント配列体から離れて、第二熱伝導体の第二接続セクションに対向して位置する。本発明によれば、第一金属層の少なくとも部分が、第一接触セクションと第一接触表面との間に配置され、第二金属層の少なくとも部分が、第二接触セクションと第二接触表面との間に配置される。
【００２２】
「半導体コンポーネント配列体から離れる」は、半導体コンポーネント配列体の接触表面に対して垂直な突出方向の外側の領域を意味する。この点で、熱伝導体の接触セクションは、半導体コンポーネント配列体から離れていない。
【００２３】
第１の方法ステップ又は第２の方法ステップでは、第一金属層は、第一接触セクションにおける、第一接触表面に、若しくは半導体コンポーネント配列体の方を向いている第一熱侵入表面に付着することができ、且つ／又は、第二金属層は、第二接触セクションにおける、第二接触表面に、若しくは半導体コンポーネント配列体の方を向いている第二熱侵入表面に付着することができる。この付着は、気相からの堆積（蒸着、スパッタリング又はＣＶＤ）によって、又は電解質等からの電着によって達成することができる。
【００２４】
さらに、いずれの場合にも、両方の表面、すなわち、接触表面及び熱侵入表面のいずれにもそれぞれ、１つ以上の金属層を設けることができる。
【００２５】
代替又は選択として、第一金属層及び第二金属層は、箔又はシート、例えば、いわゆる、プリフォームとして物理的に別々に存在することもできる。
【００２６】
本発明による第３の方法ステップでは、少なくとも１つの力が生成され、その力の少なくとも成分が、２つの熱伝導体のうちの一方によって、他方の熱伝導体の方向に効果的に向けられる。
【００２７】
そのような力は、２つの熱伝導体のうちの少なくとも一方に外部から外力として加えられ、結果として、その少なくとも成分が、他方の熱伝導体の方向に向けられることが好ましい。しかしながら、例えば、熱伝導体間に導入される接合手段の体積を収縮させることによってもたらされる内力を生成することもできる。
【００２８】
それ故、本発明による力は、半導体コンポーネント配列体、第一金属層及び第二金属層上に圧力を加える。その力は、第一熱伝導体における半導体コンポーネント配列体から遠ざかる方を向いている側部上に、例えば第一接触表面に対して垂直な片側で、外力として加えることができ、一方、第二熱伝導体は、半導体コンポーネント配列体から遠ざかる方を向いている側部において、支持表面上に載置される。逆に、外力は、第二熱伝導体における半導体コンポーネント配列体から遠ざかる方を向いている側部に、第二接触表面に対して垂直な片側で、加えることもでき、一方、第一熱伝導体は、半導体コンポーネント配列体から遠ざかる方を向いている側部において、支持表面上に載置される。さらに、２つの逆向きで等しい外力を、第一熱伝導体及び第二熱伝導体における半導体コンポーネント配列体から遠ざかる方を向いている外側側部に加えることができ、それらの力が合成されて、半導体コンポーネント配列体、第一金属層及び第二金属層に圧力が加えられる。
【００２９】
本発明による通常の力は、０．１Ｎ〜１ｋＮの範囲内にあり、本方法中に変えることができる。
【００３０】
さらに、本発明による第３の方法ステップでは、２つの熱伝導体の材料係止による接続（接着結合）は、接合手段の凝固によって達成される。本発明によれば、接合手段は、接続を形成することにはっきりと関与する。言い換えると、２つの熱伝導体の材料係止による接続を作り出すのに不可欠である。上記の接続セクションが存在する場合、接合手段の少なくとも部分が第一接続セクションと第二接続セクションとの間に配置されることが好ましい。
【００３１】
接合手段は、第２の方法ステップにおいて既に、すなわち、本発明による圧力が一方又は両方の熱伝導体に加えられる前に、第一接続セクションと第二接続セクションとの間に導入することができる。しかしながら、第３の方法ステップまで第一接続セクションと第二接続セクションとの間に圧力を加えないこともでき、本発明による圧力は、導入前に既に存在しており、導入中に少なくとも定性的に残存する。
【００３２】
接合手段は、凝固前に、液体、ペースト又は固体の形で存在することができる。接合手段は、固体の形で存在する場合には、第一接続セクション及び／又は第二接続セクションのぬれを達成するために、接合手段は、好ましくは力を加えるか又は熱に晒すことによって、物理的及び／又は化学的な効果に基づいて液体又はペースト状態にされ、接合手段は、この状態から、上記力若しくは熱が保持される間に又は除去された後に再び凝固する。
【００３３】
接合手段は、凝固した状態において、可撓性が低く且つ曲げ強度が高いことによって特徴付けられることが好ましく、結果として、接合手段は、内部の剪断力及び剥離力に対して亀裂抵抗があり、したがって、高い剪断力及び剥離力を吸収することができる。
【００３４】
そのような接合手段は、例えば、熱硬化性接着剤（例えばエポキシ化合物含有接着剤）、金属ハンダ、ガラスハンダ及びセメントを含む。
【００３５】
それ故、詳細には、挙げられた接合手段のうちの１つは、第二接触セクションと第二接触表面との間で摩擦係止の位置において、凝固した状態で保持されるべきであり、結果として、更なる随意に選択される方法ステップにおいて、外力が除去された後であっても、第二接触セクションと第二接触表面との間に十分な熱的接触が残存する。
【００３６】
第３の方法ステップで本発明にとって不可欠であるのは、外力を加え且つ／若しくは保持する間、及び／又は、接合手段を凝固させる間に、第二金属層の金属材料のいずれもが融解しないという特徴である。これは、第３の方法ステップにおける第二金属層の温度が、最も低い融解温度を有する第二金属層の金属材料の融解温度を超えないことを意味する。
【００３７】
第二接触セクションと半導体コンポーネント配列体との間に材料係止による接続が形成される場合、このことは、第二接触セクションの金属表面領域及び／若しくは第二電気的接続部の金属表面領域の中に第二金属層の少なくとも１つの金属材料を固体拡散させることによって、並びに／又は、第二金属層の中に第二接触セクションの表面領域及び／若しくは第二電気的接続部の表面領域における少なくとも１つの金属材料を固体拡散させることによって、その接続の形成が行われ、この際、第二金属層の金属材料、第二接触セクションの表面領域の金属材料若しくは第二電気的接続部の表面領域の金属材料のうちの１つ、金属材料の形成された化合物のうちの１つ、金属材料同士による形成された混合物若しくは金属材料の形成された化合物の１つ以上との金属材料の形成された混合物のうちの１つは、液体状態にならないことを意味する。そのような化合物の例として、金属間相が挙げられるべきであり、そのような混合物の例として、金属及び／又はそれらの金属間相からの共晶混合物が挙げられるべきである。
【００３８】
それ故、本発明による接触方法は、原則として、「オフセット材料係止によって保持される金属層支持クランピング」を表し、これ以降、省略形「クランピング」と呼ばれ、ハンダ付けの場合には接続溶融物を形成するのに金属層が関与するが、本発明によるクランピングの場合には関与しないという点で、最新技術によるハンダ付けとは異なる。
【００３９】
本発明の利点は、第二金属層の温度、及び、それ故、第二金属層が関与するときに力係止による接続又は材料係止による接続を形成する際に接続されることになるコンポーネントの温度が、ハンダ材料が液体状態に変化して本発明により許容可能な温度よりも高い凝固温度において凝固するハンダ付け方法の場合よりも低いことである。結果として、化合物が形成された後に、異なる熱膨張係数を通じて冷却する際に応力の導入に有効である温度差が、本発明によれば、最新技術によるハンダ付け中よりも低い。半導体コンポーネント配列体の熱膨張係数よりも高い熱膨張係数の熱伝導体を用いるとき、本発明による方法を用いて導入される圧縮応力は、側方方向であり、すなわち、半導体コンポーネント配列体が第一接触表面及び／又は第二接触表面に対して平行に延在する最も大きな方向にあり、都合の良いことにハンダ付けの場合よりも著しく低い。
【００４０】
本発明による方法をレーザーダイオードバーに適用する場合、本発明者らは、驚いたことに、対応する材料及びプロセスパラメータを選択するときに、通例のハンダ付け方法に比べて、同程度の電気光学的変換係数を達成できることを見出した（実施形態１を参照）。
【００４１】
熱的接触に用いられた第二金属層は溶融しなかったが、第二金属層がハンダ付けプロセスにおいて溶融した場合の熱的接触と原則的に等しいレーザーバーの熱的接触を達成することができた。
【００４２】
また、驚いたことに、横断方向、すなわち、第一接触表面及び／又は第二接触表面の方向に対して垂直な方向にクランピングによって導入される圧縮応力は、レーザーダイオードバーの放出される放射の光学的特性にほとんど悪影響を及ぼさないことも見出された。一方、クランピングの場合にレーザーダイオードバーのエミッターによる出力の均一性は、ハンダ付けの場合よりも、明らかに均質に分布する（実施形態１を参照）。
【００４３】
さらに、本発明によるクランピングの好都合な効果は、（例えば、２つの接続セクション間にある）接合手段によって媒介される材料係止が、第二熱伝導体と半導体コンポーネント配列体との間の熱的接続に不可逆的な支援効果を及ぼし、そのうちのあるものは、一方で、摩擦係止クランピングにとって不可欠であり、他方で、材料係止クランピングにおける弱く形成された材料係止を有害な剥離応力から救う。
【００４４】
さらに、上記材料係止は、摩擦係止による接続及び／又は旧式の固定手段を利用し、それにより、半導体モジュールの構造が小さくなり、コストが削減される。全般に、本発明の本質的な利点は、銅及び／又はアルミニウムからなるコストに関して有利で且つ高い熱伝導性を有する熱伝導体の場合に特に、半導体コンポーネント配列体と比べて熱膨張係数が大きく異なる場合であっても、半導体コンポーネント配列体の良好で信頼性がある熱的接触を達成することができ、そのことは更に、レーザーダイオード素子の事例では、レーザーダイオードバーの個々のエミッターの放射の極めて均質な光学的特性を保証する。
【００４５】
例えば、接合手段の液化及び／又は凝固を達成するために、第二金属層の温度にも影響を及ぼす接合手段の温度の上昇を、本発明によれば不可欠な第３の方法ステップにおいて確実に与えることができる。しかしながら、本発明によれば、接合手段の処理中に、第二の層の温度は、その各構成物の融点未満のままである。接合手段の温度が、長期間、例えば、１秒〜１０分間にわたって、第二の層の材料の最も低い融解温度よりも高い場合であっても、第二の層を冷却することによって、接合手段と第二の層との間に定常的な温度勾配を確立することができ、第二の層内では、温度勾配はその材料のうちの１つの最も低い融点未満にある。そのような冷却を用いなくても、時間遅れの熱拡散によって形成される不安定な温度勾配が、第二の層のいずれの領域においてもいかなる時も、関連する領域の融点よりも高い温度を有することがない場合には、より短い期間、例えば、１ミリ秒〜１秒間、接合手段の温度を第二の層の材料の最も低い融解温度よりも高く保持することができる。
【００４６】
さらに、それは、第３の方法ステップにおいて、第二の層の温度が、少なくとも時々室温よりも高い状態にある場合に好都合であり得る。第二接触セクションと第二接触表面との間に力係止による接続を形成する場合、温度の上昇とともに、大部分の材料の強度特性が減少するので、第二の層の塑性変形が増加することによって、それらの間の熱的接触を向上させることができる。その状況は、第二接触セクションと半導体コンポーネント配列体との間に固体拡散によって材料係止による接続を形成する場合でも同様である。第二の物質内への第一の物質の拡散挙動を決定する拡散係数の挙動は、アレニウスの式の挙動と同様であり、アレニウスの式によれば、温度が上昇する場合に拡散は、増加し且つ／又は加速する。それ故、温度が上昇する場合に、材料係止による化合物が形成されるときに、熱的接触も向上する。
【００４７】
半導体コンポーネント配列体の第二接触表面上、又は第二接触セクションにおける第二接触表面と対向して位置する熱侵入側部上において、第二金属層の材料のぬれを向上させるために、少なくとも第３の方法ステップは、好ましくは、真空中で、又は第一金属層及び／若しくは第二金属層の金属材料に関して化学的に不活性若しくは還元性である雰囲気中で行われるべきである。半導体コンポーネント配列体又は熱伝導体が真空中で金属層をコーティングされる場合には、好ましくは、第２の方法セクションにおける互いに対するコンポーネントの配置も、コーティングが周囲雰囲気と接触できないようにして、この真空下で実行されるべきである。
【００４８】
第二金属層と半導体コンポーネント配列体との間、及び／又は第二金属層と第二接触セクションとの間に材料係止を形成するために、第二接触表面及び／又は熱侵入表面は、例えば、貴金属の拡散に適した金属表面コーティングを有することが好ましい。この拡散層は金層であることが好ましく、その厚みは５０ｎｍ〜１μｍの範囲内にあることが好ましい。本発明によれば、その下にある拡散障壁、例えば、ニッケル、パラジウム、プラチナ又は耐火金属の層は、不要であるが、例えば、半導体コンポーネント配列体又は第二接触セクション上の拡散層の接着強度を向上するために設けることができる。
【００４９】
本発明によれば、半導体コンポーネント配列体の第二の側部の少なくとも熱的接触は、オフセット材料係止によって保持される金属層支持クランピングを施される。
【００５０】
半導体コンポーネント配列体の第一の側部は、これが、半導体モジュールが動作しているときに熱の大部分が生成される半導体コンポーネント配列体の側部である場合には特に、従来のハンダ付けによって接触させることができる。レーザーダイオード素子の場合、これは、半導体コンポーネント配列体のエピタキシャル側であり、第二の側部が基板側に対応する。エピタキシャル側では、大抵の場合に、熱的、そして好ましくは付随する電気的接触に関して、熱的、電気的及び機械的な信頼性に関する要件が厳しく、これらの要件は例えば、第一熱伝導体の熱膨張係数が半導体コンポーネント配列体の熱膨張係数よりも好ましくは２ｐｐｍ／Ｋ以下だけ異なるという条件で、金スズ硬質ハンダによって満たすことができる。そのような第一熱伝導体は主に、重量比／原子比及び／又は体積比に関して、金属含有複合材、例えば、ダイヤモンド銀複合材からなることが好ましい。
【００５１】
一方、半導体コンポーネント配列体の第一の側部も、第二の側部に類似し、且つ第二の側部に加えて、オフセット材料係止によって保持される金属層支持クランピングによって熱的に接触させることができ、第３の方法ステップでは、第一金属層及び第二金属層の温度は、各層におけるそれぞれ最も低い融解温度を有する材料の融解温度を超えないことが好ましい。
【００５２】
第３の方法ステップでは、第二接触セクションと第二接触表面との間の摩擦係止による接続の形成、及び第一接触セクションと第一接触表面との間の摩擦係止による接続の形成の形成が、行われることができ、第一接続セクションと第二接続セクションとの間の凝固した接合手段によって保持される。
【００５３】
一方、第３の方法ステップにおいて、第二接触セクションと半導体コンポーネント配列体との間の材料係止による接続の形成は、第二接触セクションの金属表面領域及び／若しくは第二電気的接続部の金属表面領域の中に第二金属層の少なくとも１つの金属材料を固体拡散させることによって、並びに／又は、第二金属層の中に第二接触セクションの表面領域及び／若しくは第二電気的接続部の表面領域における少なくとも１つの金属材料を固体拡散させることによって行うことができ、この際、第二金属層の金属材料、第二接触セクションの表面領域の金属材料若しくは第二電気的接続部の表面領域の金属材料のうちの１つ、金属材料の形成された化合物のうちの１つ、金属材料同士による形成された混合物若しくは金属材料の形成された化合物の１つ以上との金属材料の形成された混合物のうちの１つは、液体状態にならない。そして、第一接触セクションと半導体コンポーネント配列体との間の材料係止による接続の形成は、第一接触セクションの金属表面領域及び／若しくは第一電気的接続部の金属表面領域の中に第一金属層の少なくとも１つの金属材料を固体拡散させることによって、並びに／又は、第一金属層の中に第一接触セクションの表面領域及び／若しくは第一電気的接続部の表面領域における少なくとも１つの金属材料を固体拡散させることによって行われ、この際、第一金属層の金属材料、第一接触セクションの表面領域の金属材料若しくは第一電気的接続部の表面領域の金属材料のうちの１つ、金属材料の形成された化合物のうちの１つ、又は、金属材料の順次形成された混合物若しくは金属材料の形成された化合物のうちの１つ以上との金属材料の形成された混合物のうちの１つは、液体状態にならない。
【００５４】
第一の層又は第二の層の材料（好ましくは特定の材料）による接合相手のぬれは、材料係止による接続の形成の条件である。ぬれ表面の材料が拡散しやすいことが、材料係止による接続を形成するプロセスを更に支援する。貴金属及び比較的軟質で融点が低い金属が、優れたぬれ相手である。それ故、第一の層及び／又は第二の層は、インジウム、スズ、鉛及びカドミウムの群からの化学元素を有する少なくとも１つの材料を含むことが好ましい。この材料は、一方で、上記化学元素のうちの１つだけからなることができ、詳細には、第一金属層及び／又は第二金属層は、重量比、原子比及び／又は体積比に関して、主に又は完全にスズ、鉛、カドミウム、又は（特に好ましくは）インジウムからなることができる。他方においては、その材料は、上記化学元素と他の化学元素又は挙げられた化学元素との共晶混合物からなることができ、詳細には、第一金属層及び／又は第二金属層は、重量比、原子比及び／又は体積比に関して、主に又は完全に共晶鉛スズ、共晶カドミウムスズ、又は（特に好ましく）は共晶インジウムスズからなることができる。
【００５５】
材料係止による接続の場合又は第３の方法ステップ中におけるぬれ及び／又は拡散を向上するために、第一の層及び／又は第二の層の温度は、少なくとも時々、室温よりも高い。好ましくは、第３の方法ステップ中の第一の層及び／又は第二の層の温度は、少なくとも時々、３０℃を超える。例えば、その温度は時々５０℃〜１００℃にある。凝固が時間的に加速され且つ／又は凝固した接合手段の強度が増すという点で、この温度範囲において、接合手段の凝固を助長することもできる。
【００５６】
本発明は、５つの実施形態を利用して以下に更に詳細に説明される。図面は概略的に示されており、必ずしも縮尺通りではない。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１ａ】コンポーネントの本発明による配置の側面図であり、ダイオードレーザーコンポーネントの本発明による作製のための実施形態１の第２の方法ステップにおけるものである。
【図１ｂ】実施形態１の第３の方法ステップにおけるコンポーネントの本発明による配置の側面図である。
【図１ｃ】ハンダ付けされたダイオードレーザーコンポーネントの電流−光グラフ／電流−電圧グラフである。
【図１ｄ】実施形態１に従って作製されたダイオードレーザーコンポーネントの電流−光グラフ／電流−電圧グラフである。
【図１ｅ】ハンダ付けされたダイオードレーザーコンポーネントのエミッターの光出力分布の近視野プロファイルのグラフである。
【図１ｆ】実施形態１に従って作製されたダイオードレーザーコンポーネントのエミッターの光出力分布の近視野プロファイルのグラフである。
【図２ａ】コンポーネントの本発明による配置の側面図であり、ダイオードレーザーコンポーネントの本発明による作製のための実施形態２の第２の方法ステップの第１セクションを実行するための配置の側面図である。
【図２ｂ】コンポーネントの本発明による配置の側面図であり、実施形態２の第２の方法ステップにおける第１セクションに対して時間遅れである第２セクションを実行するための配置の側面図である。
【図２ｃ】実施形態２の第３の方法ステップにおけるコンポーネントの本発明による配置の側面図である。
【図３ａ】コンポーネントの本発明による配置の正面図であり、ダイオードレーザーコンポーネントの本発明による作製のための実施形態３の第２の方法ステップにおける配置の正面図である。
【図３ｂ】実施形態３の第３の方法ステップの第１セクションにおけるコンポーネントの本発明による配置の正面図である。
【図３ｃ】第１セクションに対して時間遅れである実施形態３の第３の方法ステップの第２セクションにおけるコンポーネントの本発明による配置の正面図である。
【図４ａ】本発明による方法の実施形態４によるダイオードレーザーコンポーネントの作製において用いるためのダイオードレーザーサブアセンブリのコンポーネントの側面図である。
【図４ｂ】図４ａのダイオードレーザーサブアセンブリの側面図である。
【図４ｃ】コンポーネントの本発明による配置の側面図であり、ダイオードレーザーコンポーネントの本発明による作製のための実施形態４の第２の方法ステップにおける配置の側面図である。
【図４ｄ】実施形態４の第３の方法ステップにおけるコンポーネントの本発明による配置の側面図である。
【図５ａ】本発明による方法の実施形態５によるダイオードレーザーコンポーネントの作製において用いるためのダイオードレーザーサブアセンブリのコンポーネントの正面図である。
【図５ｂ】図５ａのダイオードレーザーサブアセンブリの正面図である。
【図５ｃ】コンポーネントの本発明による配置の側面図であり、ダイオードレーザーコンポーネントの本発明による作製のための実施形態５の第２の方法ステップにおける配置の側面図である。
【図５ｄ】実施形態５の第３の方法ステップにおけるコンポーネントの本発明による配置の正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００５８】
用いられている斜線は接合手段を表しており、断面図と解釈されるべきではない。レーザーダイオード素子１０の両側にメタライゼーション１７及び１８として形成される接触層は、実施形態１の図１ａ及び図１ｂにおいてのみ示されており、明確にするために省かれるが、他の全ての図において与えられていると見なされる。
【００５９】
同一の参照番号は、同一又は同等の物を表す。記述で説明されない参照番号に関して、符号の説明を参照されたい。
【００６０】
実施形態１
本発明による方法の実施形態１に従ってダイオードレーザーコンポーネントを作製するために、銅からなる第一熱伝導体２０及び銅からなる第二熱伝導体３０が設けられる。熱伝導体２０及び３０はいずれも外部をニッケル層及び金層でコーティングされる。第一熱伝導体２０は、第一接続セクション２６と、第一接続表面２１を有する第一接触セクション２５とを有している。第二熱伝導本３０は、第二接続セクション３６と、第二接続表面３１を有する第二接触セクション３５とを有している。第一接続表面２１に第一インジウム層５１が着けられ、第二接続表面３１に第二インジウム層５２が着けられる。
【００６１】
第２の方法ステップにおいて、第一接続表面２１及び第二接続表面３１が互いに向かい合って位置するように、第一熱伝導体２０が、第二熱伝導体３０と向かい合わせに向けられる（図１ａ）。
【００６２】
さらに、第１の方法ステップにおいて、レーザーダイオードバー１０が、半導体コンポーネント配列体として設けられ、このレーザーダイオードバー１０は、第一の側部に、金めっきされた外部電気的接触表面１１をもつ第一メタライゼーション１７を有し、第二の側部に、金めっきされた外部電気的接触表面１２をもつ第二メタライゼーション１８を有している。第２の方法ステップにおいて、レーザーダイオードバー１０が、第一接触セクション２５と第二接触セクション３５との間に導入され、それにより、レーザーダイオードバー１０の第一電気的接触表面１１が第一接続表面２１と向かい合って位置し、第一電気的接触表面１１の反対側に位置するレーザーダイオードバー１０の第二電気的接触表面１２が、第二接続表面３１と向かい合って位置する。接合手段５５は、導入時には必ずしも層として存在する必要はなく、それぞれが他方の接続セクションに対向して位置する第一接続セクション２６及び／又は第二接続セクション３６における表面上に、液滴又は複数の液滴による領域として付着させられることができるが、この接合手段５５が、第一接続セクション２６と第二接続セクション３６との間に導入される。この場合、セラミック粒子で満たされたエポキシ樹脂接着剤（略して「エポキシ」）が、電気絶縁性の接合手段５５として用いられる。接合手段から遠ざかる方を向いている側部では、レーザーダイオードバー１０は、２つの電気的接触表面１１及び１２に対して垂直に位置する放射放出表面１３を有する。
【００６３】
第３の方法ステップにおいて、第二接触セクション３５におけるレーザーダイオードバーから遠ざかる方を向いている側部に、圧縮力５３が加えられる。第一熱伝導体２０は、レーザーダイオードバーから遠ざかる方を向いている側部２２を、図１ｂには表されずに停止体としての役割を果たし且つ動かせない又は動かない対向部品上にして、位置する。この停止体を用いると、圧縮力５３に抗する反力が生成され、この反力が、圧縮力５３と共に、インジウム層５１及び５２の圧力荷重を確保する。その配列体の温度が室温から７０℃まで高められ、それは、係止媒介層５５の硬化及び付随する凝固を達成、支援、又は加速するために、且つ金属層５１及び５２のインジウムがメタライゼーション１７及び１８の金の中に拡散する傾向を高めるために、行われる。インジウム層の温度は、ダイオードレーザーコンポーネント８０が半導体モジュールとして完成するまで、第３の方法ステップ中に７０℃を超えない。しかしながら、両方の熱伝導体２０及び３０へのレーザーダイオードバー１０の材料による係止（材料係止）での接続は、固体のインジウムが固体の金の中に拡散することによって達成される。ダイオードレーザーコンポーネント８０の作製は、２つの熱伝導体２０及び３０の間においてレーザーダイオード素子１０から離れて安定した材料係止による接続を形成する接合手段５５を凝固させ、そしてその配列体を冷却して室温に戻すことによって、完了する。接合手段５５によって形成される材料係止は、インジウム層５１及び５２上の熱伝導体２０及び３０の圧力荷重を少なくとも部分的に保持し、結果として、インジウム層５１及び５２は、引張応力、剪断応力及び剥離応力から保護され、ダイオードレーザーコンポーネント８０の動作中にレーザーダイオード素子１０の十分な電気的及び熱的接触も保証されることもできる。動作中にダイオードレーザーコンポーネントを冷却するために、第一熱伝導体におけるレーザーダイオードバー１０から遠ざかる方を向いている側部にある接触表面２２に、冷却素子（図示せず）が接続される。動作中に放出されるダイオードレーザー放射の放出方向は、図１ｂにおいて矢印１５によって示される。
【００６４】
インジウム層５１及び５２は、ハンダ層とすることもできるが、本事例ではそのようなものとして用いられないことから、そして、ダイオードレーザーモジュールの作製中のどの時点においても、２つのインジウム層５１及び５２の両方においてインジウムの融解温度、すなわち、１５７℃を超えないので、この作製方法は、レーザーダイオードバー１０のクランピングと呼ぶことができる。
【００６５】
対照的に、一方又は両方のインジウム層５１及び５２の融解温度を超える作製方法は、レーザーダイオードバー１０のハンダ付けと呼ばれる。原則として、ハンダ付けは、クランピングよりも、良好なダイオードレーザーコンポーネントの熱特性（熱抵抗として表される）を有するべきである。ハンダ付けに伴う不都合な点は、ハンダの融解温度（よりよい温度：凝固温度）で生成される材料係止であり、この材料係止は、特にインジウム層５１及び５２の両方の両側のハンダ付け中に、具体的には、エミッター間のレーザーダイオードバー１０の幅にわたる不均質な経路を伴って、レーザーダイオードバー１０の中に高い機械的応力を導入する。エミッターの放射の光学的特性は、個々のエミッター内の応力状態によって大きく左右されるので、レーザーダイオードバー１０の種々の領域において対応する不均質な放射特性が、予想されることになる。
【００６６】
インジウムハンダを用いて両側でハンダ付けされたレーザーダイオードバー１０と、インジウム層５１及び５２を用いて両側でハンダ付けされたレーザーダイオードバー１０とを９４０ｎｍの領域内の発光波長において比較するために、両方の種類でいくつかのダイオードレーザーコンポーネント８０が作製され、互いに比較された。図１ｃ〜図１ｆは、各種類の１２０Ｗの公称光出力で最も高い電気光学的効率を有するそれぞれの代表の特性を再現する。図１ｃは、両側でハンダ付けされた関連するダイオードレーザーコンポーネント８０の電流−光グラフ／電流−電圧グラフを示しており、図１ｄは、本発明に従って作製された、両側でクランピングされた関連するダイオードレーザーコンポーネント８０の電流−光グラフ／電流−電圧グラフを示す。両方の種類の電気光学的、機械的及び熱的特性が表１において比較される。
【００６７】
【表１】
2013504220.tif 000003
【００６８】
クランピングされた種類は、ハンダ付けされた種類と同程度の電気光学的効率を有することがわかる。熱的特性も非常によく似ている。熱抵抗に関しては、その確立が熱機械的機構によって影響を及ぼされ、結果として、±０．０３Ｋ／Ｗの系統誤差が想定されることが指摘されるべきである。スマイルは、測定値から補間される直線からの正負２つの最大偏差の和として表され且つレーザーダイオードバー１０の広幅軸に沿うレーザーダイオードバー１０の曲率を、表す。ここで、クランピングされたものは、ハンダ付けされた種類よりも明らかに好ましく、その効果は、複数のエミッターの放射を光ファイバー内で結合する間の効率に関して特に顕著である。
【００６９】
図１ｅは、ハンダ付けされたダイオードレーザーコンポーネント８０のエミッターの光出力分布の近視野プロファイルを示しており、図１ｆは、両側でクランピングされたダイオードレーザーコンポーネント８０のエミッターの光出力分布の近視野プロファイルを示す。本発明の説明において先に既に強調されているように、ハンダ付けされたレーザーダイオードバー１０のエミッターよりも、クランピングされたレーザーダイオードバー１０のエミッターの光出力値の場合に、明らかに良好な出力均一性がある。
【００７０】
実施形態２
実施形態１とは異なり、実施形態２のダイオードレーザーコンポーネントを作製するのに、両側のクランピングは実行されず、レーザーダイオードバー１０のエピタキシャル側部１１が第一熱伝導体２０上にハンダ付けされた後に、レーザーダイオードバー１０の片側（基板側）だけがクランピングされる。
【００７１】
第一熱伝導体２０は、銀ダイヤモンド複合材料コアからなり、滑らかな結合表面を生成するために、外側に、少なくともレーザーダイオードバー１０上に及びレーザーダイオードバー１０から遠ざかる方を向いている側部に、容易に機械加工することができる銅層を有している。第一熱伝導体の銀及びダイヤモンドは、レーザーダイオードバー１０の熱膨張係数よりもわずか０．５ｐｐｍ／Ｋ〜１．５ｐｐｍ／Ｋ高い熱膨張係数を第一熱伝導体２０に与える混合比にある。それ故、レーザーダイオードバー１０のエピタキシャル側を熱伝導体２０上に低い応力で硬くハンダ付けすることが可能である。このために、第１の方法ステップでは、金スズハンダ層５１が、第一熱伝導体２０の接触セクション２５におけるレーザーダイオードバー１０の方を向いている側部に付着させられ、その層は、８０：２０の金スズの重量比である共晶の金スズを有する（図２ａ）。これ故、第２の方法ステップの第１セクションでは、レーザーダイオードバー１０が、そのエピタキシャル側接触表面１１を介して第一熱伝導体２０にハンダ付けされる。第２の方法ステップにおける後続の第２セクションでは、レーザーダイオードバー１０と第二銅熱伝導体３０の第二接触セクション３５との間に５μｍ〜１００μｍ厚のインジウム箔５２が付着され、第一熱伝導体２０及び第二熱伝導体３０における互いに向かい合う接続セクション２６及び３６の間に電気絶縁性接合手段５５が導入される（図２ｂ）。第３の方法ステップでは、圧縮力５３を加え、熱に晒すが、インジウム層５２の温度は１００℃を超えない。インジウムのうちの或る量が、レーザーダイオードバーの第二接触表面１２の基板側金層の中に拡散し、或る量が第二熱伝導体３０の銅の中に拡散するが、第二熱伝導体３０の表面は少なくとも拡散領域において予め十分に酸素が取り除かれている。
【００７２】
ダイオードレーザーコンポーネント８０の作製プロセスは、接合手段５５の硬化によって完了する。
【００７３】
実施形態３
実施形態３では、エミッター１３ａを有するレーザーダイオード１０が、レーザーダイオード素子として用いられる。図３ａの奥行方向の共振器長は、レーザーダイオード１０の幅よりも長いので、レーザーダイオード１０の接触表面１１及び１２に対して平行であり且つ共振器方向又は発光方向１５に対して垂直である左右両側へ熱が拡散することが、好都合である。この意味において、第一熱伝導体２０及び第二熱伝導体３０はそれぞれ、２つの向かい合う接続セクション２６及び３６を左側及び右側に１つずつ有し、接続セクション２６及び３６それぞれの間に接触セクション２５及び３５がそれぞれ存在する。
【００７４】
真空中で、接触セクション２５及び３５の接続表面２１及び３１から、アルミニウムからなる熱伝導体２０及び３０の自然酸化アルミニウム層が適切な方法で取り除かれる。その後、周囲雰囲気による酸化を受けることなく、接触セクション２５及び３６の接触表面２１及び３１はそれぞれ真空中で、いずれの場合にも、インジウム層５１及び５２によって金属被覆される（図３ａ）。それぞれの接続表面２１／３１は、インジウム層５１／５２によって酸化しないように保護され、結果として、酸化作用のある雰囲気内の場合であっても、インジウム層５１／５２と熱伝導体２０／３０それぞれとの間に低抵抗電気的接合を確立し、保持することができる。
【００７５】
本発明による第３の方法ステップにおける第１セクションでは、最初に、第一熱伝導体２０、レーザーダイオード１０及び第二熱伝導体３０を含む配列体には、熱伝導体２０及び３０の接続セクション２６及び３６の間に接合手段５５が存在しない状態でコンポーネントの摩擦による係止（摩擦係止）での接続を達成するために、圧力５３がかけられる（図３ｂ）。この接合手段５５は、本発明による第３の方法ステップの間までは、接続セクション２６及び３６との間に導入されず、その間、圧力５３は保持される。それ故、接合手段５５は、本発明による第３の方法ステップの第２セクションまで、接続セクション２６及び３６との間で存在しない。なお、第３の方法ステップの第２セクションの間では、圧力５３を保持しつつ、接合手段が凝固し、接合手段が熱伝導体２０及び３０の間の材料係止をもたらす。接合手段は必ずしも電気絶縁性である必要はなく、それは、熱伝導体２０及び３０における表面上の自然酸化アルミニウム層が、既に電気絶縁性を確保し、それ故、熱伝導体２０及び３０の互いからの必要な電位分離を確保するためである。
【００７６】
第１の代替の作製変形形態では、接続表面２１／３１は、真空において自然酸化アルミニウム層が取り除かれた後に、真空内でチタン−プラチナ−金メタライゼーションが設けられ、そのメタライゼーションは酸化しないように保護する役割を果たす。インジウム層は、気相成長による代わりに、接続表面２１／３１と電気的接触表面１１／１２との間にいずれの場合もインジウム箔５１／５２を挿入することによって、配列体内に導入される。
【００７７】
第２の代替の作製変形形態では、真空中でアルミニウム表面の接続表面２１／３１を洗浄した後に、接触セクション２５／３５間にレーザーダイオード１０が挿入され、そして、同じ真空において各接触セクション２５／３５とレーザーダイオードとの間におけるレーザーダイオード１０の両側部上にインジウム箔５１／５２も挿入される。同様に、真空中で力５３が加えられる。最終的に、接続セクション２６及び３６の間に接合手段が導入されて硬化するまでは、プロセス空間をベントしている間、力５３はそのまま維持される。
【００７８】
実施形態４
実施形態４では、３つの先行する実施形態の場合のように、レーザーダイオード素子によって半導体コンポーネント配列体が設けられるのではなく、レーザーダイオードバー１０を有するダイオードレーザーサブアセンブリ４０によって設けられ、レーザーダイオードバー１０のエピタキシャル側接触表面１１には第一導電性接触体４１が材料係止によって固定され、レーザーダイオードバー１０の基板側接触表面１２には第二導電性接触体４２が材料係止によって固定される（図４ａ、図４ｂ）。導電性接触体４１及び４２はいずれも、金被覆された３００μｍ厚の銅−タングステン基板（ＣｕＷ基板）によって与えられ、これらの基板は、銅−タングステン複合材を含み、この複合材は、２ｐｐｍ／Ｋ以下だけレーザーダイオードバー１０と異なる熱膨張係数が結果として銅−タングステン基板に生じるような、銅部分とタングステン部分との比で存在する。ＧａＡｓレーザーダイオードバー１０の場合、銅部分とタングステン部分との重量比は、１０：９０であることが好ましい。
【００７９】
ＣｕＷ基板４１及び４２は、重量比で８０：２０の金及びスズを含む金スズハンダによって、レーザーダイオードバー１０にハンダ付けされる。インジウムとは異なり、金スズハンダは、比較的高い熱機械的負荷及び電気機械的を交互にかけても安定しており、結果として、電力要件が高い場合であっても、接触体４１及び４２を用いることによるレーザーダイオードバーの直接の電気的接触作用が、劣化しないように保護される。
【００８０】
ダイオードレーザーサブアセンブリ４０は、その第一接触体４１において、レーザーダイオードバー１０から遠ざかる方を向いている第一熱的接触表面４５を有し、その第二接触体４２において、第一熱的接触表面４５の反対側に位置し且つレーザーダイオードバー１０から遠ざかる方を向いている第二熱的接触表面４６を有する。
【００８１】
第一熱的接触表面４５は、第一銅熱伝導体２０によって電気的及び熱的に結合される準備ができている（図４ｃ）。第二熱的接触表面４６は、第二銅熱伝導体３０によって電気的及び熱的に結合される準備ができている。熱伝導体２０及び３０はいずれも、本発明による接触セクション２５及び３５をそれぞれ、レーザーダイオードバー１０のｐｎ移行部に向かうダイオードレーザーサブアセンブリ４０の直投影部に有し、このとき、その接続表面２１及び３１がそれぞれダイオードレーザーサブアセンブリ４０に対面している。熱伝導体２０及び３０はいずれもそれぞれ、本発明による接続セクション２６及び３６を有し、これらの接続セクションは、上記直投影部の外側に互いに向かい合って延在する。
【００８２】
５０μｍ厚の第一インジウム箔５１が、第一接続表面２１と第一熱的接触表面４５との間に導入される。５０μｍ厚の第二インジウム箔５２が、第二接続表面３１と第二熱的接触表面４６との間に導入される。エポキシ化合物樹脂接着層５５及び５６が両側に設けられ且つ７５０μｍ厚である酸化アルミニウム／セラミックシートが、第一接続セクション２６と第二接続セクションとの間に導入される。
【００８３】
作製方法における接続ステップでは、第二熱伝導体３０のダイオードレーザーサブアセンブリ４０から遠ざかる方を向いている側部に外部から力５３が加えられ、一方、第一熱伝導体２０のダイオードレーザーサブアセンブリ４０から遠ざかる方を向いている側部は、オーブンの加熱板上に固定された状態で置かれる。処理温度は７０℃を超える。しかしながら、その温度は１００℃を超えない。２つの接続セクション間において接着層５５及び５６のせいで材料係止によって安定もしている材料係止ダイオードレーザーコンポーネントユニットが、インジウム箔５１及び５２のインジウムを、熱伝導体２０及び３０の表面近くの銅の中に且つＣｕＷ基板の金メタライゼーションの中に固体拡散させることによって、達成される。
【００８４】
実施形態５
実施形態５は、多数のエミッターを有するレーザーダイオードバーの代わりに、いわゆるミニバー１０（１２０μｍ厚であり、２列に配置される２×３のエミッター領域を有し、各列は上下にする積重され３つのエミッターを有している）が用いられるという点で、実施形態４とは異なり、上記２つの列同士の間の距離は２μｍ〜５μｍである。そのような積重して配置されたエミッターによる構造体は、ＭＢＥ（分子ビームエピタキシ）のＭＯＣＶＤ（金属有機化学気相成長法）によってエピタキシャルに作製することができる。
【００８５】
それぞれ５０μｍの全厚を有して両側部に銅がコーティングされたモリブデンストリップが、接触体４１及び４２としての役割を果たし、これら接触体は、金スズハンダを用いてミニバーの向かい合う接触表面１１及び１２に取り付けられ、そのとき、接触体の自由端部分が、接触表面に平行に且つ放射方向１５に対して垂直にミニバー１０を越えてミニバーの両側に突出するようになっている（図５ｂ）。熱伝導体２０及び３０は、アルミニウムの直方体であり、この直方体は、表面近くに、電気絶縁性を有し自然又は人工的に強化された酸化物層を有する。いずれの場合のこの酸化物層上においても、熱伝導体２０及び３０の接触セクション２５及び３５のそれぞれには、薄い１０μｍ厚のインジウム層５１及び５２が付着させられる（図５ｃ）。銀を満たされ導電性を有するエポキシ化合物樹脂接着剤からなる２５０μｍ厚の層５５が、熱伝導体２０及び３０の接続セクション２６及び３６の間に導入される。ミニバー１０における接触表面１１及び１２の間の短絡は、アルミニウム熱伝導体２０及び３０の表面近くの酸化物層によって避けられる。熱伝導体２０及び３０が接続プロセスにおいて互いに向かって傾かないようにすることを意図する２３０μｍ厚のスペーサ５８が、ダイオードレーザーサブアセンブリ４０から遠ざかる方を向いている側に配置される。先行する実施形態のように、力が加えられ、熱に晒されるが、異なる結果として、アルミニウム熱伝導体２０及び３０は、力によってのみ係止されるように、ダイオードレーザーサブアセンブリ４０に結合し、それは、インジウム層５１及び５２のインジウムが熱伝導体の（アルミニウム）酸化物層をぬらさないためである。凝固した接着剤５５によって媒介される、熱伝導体２０及び３０の接続セクション２６及び３６の間の材料係止によって、摩擦係止が安定する。
【００８６】
モリブデンストリップ４１及び４２の自由端部分が、熱伝導体２０及び３０を越えて、反対側に側方に突出し、そして電気的結合のために存在する一方、熱伝導体２０及び３０は、熱的結合のみを必要とする。
【００８７】
実施形態の個々の特徴又はいくつかの特徴は、本発明の範囲の内容を越えることなく、交換することができ、互いに組み合わせることができることは理解されたい。
【符号の説明】
【００８８】
１０  レーザーダイオード素子
１１  第一電気的接触表面
１２  第二電気的接触表面
１３  放射放出表面
１３ａ  放射放出部、エミッター
１５  放射放出方向シンボル
１６  第一接触層
１７  第二接触層
２０  第一熱伝導体
２１  第一接続表面／熱侵入表面
２２  第一熱伝導体２０の結合表面
２５  第一熱伝導体２０の接触セクション
２６  第一熱伝導体２０の接続セクション
３０  第二熱伝導体
３１  第二接続表面／熱侵入表面
３２  第二熱伝導体３０の結合表面
３５  第二熱伝導体３０の接触セクション
３６  第二熱伝導体３０の接続セクション
４０  ダイオードレーザーサブアセンブリ
４１  第一接触体
４２  第二接触体
４５  第一熱的接触表面
４６  第二熱的接触表面
５０  中間部品
５１  第一金属層
５２  第二金属層
５３  力方向シンボル
５５  第一接合手段層
５６  第二接合手段層
５８  スペーサ
８０  ダイオードレーザーコンポーネント
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図１ｃ】
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【図１ｄ】
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【図１ｅ】
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【図１ｆ】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図２ｃ】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図３ｃ】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図４ｃ】
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【図４ｄ】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図５ｃ】
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【図５ｄ】
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【国際調査報告】
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2013504220.tif 000025
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