(57)【要約】【課題】製造コストを大幅に増加させることなく，レーザーダイオードを効果的に冷却可能な装置を提供すること。【解決手段】レーザーダイオード５を冷却するレーザーダイオード冷却装置であって：内部に冷却液を流すための水路が形成されている本体部１６，２０，３０と；本体部に接合されるとともに，レーザーダイオード５が装着されるサブマウント部１４と；を備え，サブマウント部１４のみが，ダイヤモンド，ダイヤモンド−銅の複合材料，モリブデン，銅−タングステンの複合材料，炭化珪素，および窒化アルミニウムからなる群から選択されるいずれか１つで形成されていることを特徴とするレーザーダイオード冷却装置が提供される。かかる構成により，レーザーダイオードの冷却効果と，熱膨張率の差に起因するレーザーダイオード特性の劣化を抑制する効果を維持したままで，製造コストを大幅に低減できる。【選択図】  図３
2004186527.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザーダイオードを冷却するレーザーダイオード冷却装置であって：
内部に冷却液を流すための水路が形成されている本体部と；
前記本体部に接合されるとともに，前記レーザーダイオードが装着されるサブマウント部と；
を備え，
前記サブマウント部のみが，ダイヤモンド，モリブデン，銅−タングステンの複合材料，ダイヤモンド−銅の複合材料，炭化珪素，および窒化アルミニウムからなる群から選択されるいずれか１つで形成されていることを特徴とする，レーザーダイオード冷却装置。
【請求項２】
前記サブマウント部の内部にも，前記水路が形成されていることを特徴とする，請求項１に記載のレーザーダイオード冷却装置。
【請求項３】
前記本体部は，銅，金メッキされた銅，およびタングステン焼結合金からなる群から選択されるいずれか１つで形成されることを特徴とする，請求項１または２のいずれかに記載のレーザーダイオード冷却装置。
【請求項４】
前記本体部及び／又は前記サブマウント部は，積層された複数のプレートから構成されていることを特徴とする，請求項１，２または３のいずれかに記載のレーザーダイオード冷却装置。
【請求項５】
前記サブマウント部の体積は，前記複数のプレートのうち前記サブマウント部と接合される前記本体部のプレートの体積より，小さいことを特徴とする，請求項４に記載のレーザーダイオード冷却装置。
【請求項６】
前記サブマウント部は，前記本体部に形成された略コの字形の嵌合部に嵌合されることを特徴とする，請求項１，２，３，４または５のいずれかに記載のレーザーダイオード冷却装置。
【請求項７】
前記サブマウント部は，前記本体部に形成された略段差型の嵌合部に嵌合されることを特徴とする，請求項１，２，３，４，５または６のいずれかに記載のレーザーダイオード冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は，レーザーダイオード冷却装置にかかり，特に，水冷方式のレーザーダイオード冷却装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年，高出力レーザーダイオードを効果的に冷却するための冷却装置として，水冷式のヒートシンクが用いられている。この水冷式のヒートシンクは，レーザーダイオードが設置される放熱体の内部にマイクロチャネルと呼ばれる水路が形成されており，かかる水路に冷却水を流すことにより，発熱したレーザーダイオードを冷却することができる。
【０００３】
かかる水冷式ヒートシンクの例としては，複数のプレート（板状部材）を積層して上記放熱体を構成し，かかるプレート同士の接合面などに上記水路を形成する構造が提案されている（例えば特許文献１参照）。このようなヒートシンクでは，全体が同一の材質で形成されていた。
【０００４】
ところで，かかるヒートシンクの材質としては，まず，熱伝導率が高いことが要求される。これは，ヒートシンクの放熱効果を高めて，レーザーダイオードを効果的に冷却するためである。さらに，当該材質の熱膨張率が，レーザーダイオードの熱膨張率と同程度であることも要求される。これは，レーザーダイオードとヒートシンクとの熱膨張率の差が大きいと，レーザーダイオードの駆動による発熱や，動作／非動作の繰り返しによって生じる周期的な温度差などが原因で，レーザーダイオードに熱的なストレス（応力）が加わり，レーザーダイオードの特性が劣化してしまうからである。具体的には，レーザーダイオードの結晶転移などにより，レーザーダイオードの特性が変化してしまうことが分かっている。
【０００５】
このような要求の双方を満たすヒートシンクの材質としては，例えば，ダイヤモンド，炭化珪素，または窒化アルミニウムなどが挙げられる。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００１−１６０１４９号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら，上記好適な材質であるダイヤモンド，炭化珪素，または窒化アルミニウムなどは非常に高価であるので，上記従来のヒートシンクのように，ヒートシンク全体をこれらの材料で形成すると，製造コストが大幅に増加してしまうという問題があった。
【０００８】
他方，銅などの比較的安価な材料でヒートシンクを形成すると，製造コストは抑制できるが，上記熱膨張率の差などが原因で，レーザーダイオード特性が早期に劣化してしまうという問題があった。
【０００９】
本発明は，上記問題点に鑑みてなされたものであり，本発明の目的は，製造コストを大幅に増加させることなく，レーザーダイオードを効果的に冷却できるとともに，熱膨張率の差に起因するレーザーダイオード特性の劣化をも防止することが可能な，新規かつ改良されたレーザーダイオードの冷却装置を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため，本発明の第１の観点によれば，レーザーダイオードを冷却するレーザーダイオード冷却装置が提供される。このレーザーダイオード冷却装置は，内部に冷却液を流すための水路が形成されている本体部と；本体部に接合されるとともに，レーザーダイオードが装着されるサブマウント部と；を備え，サブマウント部のみが，ダイヤモンド，モリブデン，銅−タングステンの複合材料，ダイヤモンド−銅の複合材料，炭化珪素，および窒化アルミニウムからなる群から選択されるいずれか１つで形成されていることを特徴とする。
【００１１】
かかる構成により，内部の水路に冷却液を循環させることで，発熱体であるレーザーダイオードを冷却することが可能な，水冷式のレーザーダイオード冷却装置（ヒートシンク）を提供できる。また，ダイヤモンド，モリブデン，銅−タングステンの複合材料，ダイヤモンド−銅の複合材料，炭化珪素，または窒化アルミニウムは，高い熱伝導率と，レーザーダイオードに近い熱膨張率とを兼ね備えた材料であり，機能面ではヒートシンクの素材として好適な材料である。また，サブマウント部は，レーザーダイオードに直接的に接触する部分であるので，このサブマウント部の熱伝導率や熱膨張率が，レーザーダイオードの冷却効率やレーザーダイオード特性の劣化に対して大きな影響を与えることとなる。このため，上記レーザーダイオード冷却装置では，かかるサブマウント部にだけ上記好適材料を使用することにより，レーザーダイオードの冷却効果と，熱膨張率の差に起因するレーザーダイオード特性の劣化を抑制する効果を維持したままで，高価な好適材料の使用量を低減して，製品コストを削減することができる。
【００１２】
また，上記サブマウント部の内部にも，水路が形成されているように構成してもよい。かかる構成により，レーザーダイオードの近傍に位置するサブマウント部の放熱効果が高まるので，レーザーダイオードをより効果的に冷却できる。
【００１３】
また，上記本体部は，銅，金メッキされた銅，およびタングステン焼結合金からなる群から選択されるいずれか１つで形成されるように構成してもよい。かかる構成により，ヒートシンクにおけるサブマウント部以外の部分である本体部に，熱伝導率が高く，かつ比較的安価な材料を使用できる。このため，レーザーダイオード冷却装置全体の放熱効果を維持しながら，製品コストを低減することができる。
【００１４】
また，上記本体部及び／又はサブマウント部は，積層された複数のプレートから構成されているように構成してもよい。かかる構成により，レーザーダイオード冷却装置の本体部の内部，或いは本体部及びサブマウント部の内部に，水路を容易かつ好適に形成できる。
【００１５】
また，上記サブマウント部の体積は，複数のプレートのうちサブマウント部と接合される本体部のプレートの体積より，小さいように構成してもよい。かかる構成により，レーザーダイオード冷却装置の製造に要する上記好適材料の使用量をより低減することができるので，製品コストをさらに削減できる。
【００１６】
また，上記サブマウント部は，本体部に形成された略コの字形の嵌合部に嵌合されるように構成してもよい。かかる構成により，水平断面での形状が略コの字形となるように成形された略コの字形の嵌合部は，嵌合したサブマウント部が略水平方向へ移動することを制限できる。このため，本体部とサブマウント部とをより強固に接合できるので，レーザーダイオード冷却装置は，略水平方向から受ける力に対する強度が高まる。また，サブマウント部を小さくして上記好適材料の使用量をより低減できるので，より一層コストダウンすることもできる。
【００１７】
また，上記サブマウント部は，本体部に形成された略段差型の嵌合部に嵌合されるように構成してもよい。かかる構成により，レーザーダイオードの設置面に対して略垂直方向の段差形状を有する略段差型の嵌合部は，嵌合したサブマウント部が略垂直方向へ移動することを制限できる。このため，本体部とサブマウント部とをより強固に接合できるので，レーザーダイオード冷却装置は，略垂直方向から受ける力に対する強度が高まる。また，サブマウント部を小さくして上記好適材料の使用量をより低減できるので，より一層コストダウンすることもできる。
【００１８】
また，上記サブマウント部は，その一側面が，本体部を構成する複数のプレートのうちサブマウント部と接合されるプレートの一側面と面接合し，その他側面が，本体部を構成する別のプレートの一側面と面接合されるように構成してもよい。かかる構成により，当該プレートとサブマウント部との接合部を，略平面的形状にできるので，本体部の加工が容易になる
【００１９】
また，上記課題を解決するため，本発明の別の観点によれば，積層された複数のプレートと，少なくとも複数のプレートの接合面に形成された水路とを備え，水路に冷却液を流すことにより，複数のプレートのうちのいずれかのプレートに設置されるレーザーダイオードを冷却するレーザーダイオード冷却装置が提供される。かかるレーザーダイオード冷却装置においては，レーザーダイオードが設置されるプレートが，少なくとも，ベース部と；ベース部の一端に接合され，レーザーダイオードが装着されるサブマウント部と；から構成され，サブマウント部のみが，ダイヤモンド，モリブデン，銅−タングステンの複合材料，ダイヤモンド−銅の複合材料，炭化珪素，および窒化アルミニウムからなる群から選択されるいずれか１つで形成されている，ことを特徴とする。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照しながら，本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお，本明細書及び図面において，実質的に同一の機能構成を有する構成要素については，同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００２１】
（第１の実施の形態）
まず，図１に基づいて，第１の実施形態にかかるレーザーダイオード冷却装置の全体構成について説明する。なお，図１は，第１の実施形態にかかるレーザーダイオード冷却装置の構成を概略的に示す斜視図である。
【００２２】
図１に示すように，レーザーダイオード冷却装置は，例えば，発熱体であるレーザーダイオード５が装着されるヒートシンク１と，このヒートシンク１が設置される水冷治具７と，を備える。
【００２３】
ヒートシンク１は，例えば，装着されたレーザーダイオード５の発熱を放熱するための放熱体として構成されており，例えば３枚のプレート１０，２０，３０を積層した積層構造を有する。このプレート１０，２０，３０は，例えば，高い熱伝導率を有する素材で形成された板状部材である。かかるプレート１０，２０，３０は，例えば，半田などの融着剤を用いた方法，または拡散接合などによって相互に面接合されて，積層される。
【００２４】
このように積層された３枚のプレート１０，２０，３０のうち，例えば最上部に位置するプレート１０にレーザーダイオード５が装着される。このプレート１０は，例えば，レーザーダイオード５が装着されるサブマウント部１４と，それ以外の部分であるベース部１６とから構成されており，双方の材質が異なる点が本実施形態にかかる大きな特徴であるが，詳細については後述する。
【００２５】
このような複数のプレート１０，２０，３０からなる積層構造を有するヒートシンク１は，レーザーダイオード５から伝導してきた熱を放熱することにより，レーザーダイオード５を冷却することができる。
【００２６】
さらに，このようなヒートシンク１は，例えば，内部に，マイクロチャネルと呼ばれる微細な水路（図示せず。）が形成されており，かかる水路に冷却水などの冷却液を循環させることができる。なお，この水路は，例えば，上記積層されたプレート１０，２０，３０相互の接合面に，微細加工技術などによって形成されているが，詳細については後述する。このように，ヒートシンク１は，例えば水冷式のヒートシンク（即ち，水冷ジャケット）として構成されており，冷却水の循環によって放熱効果を高めることにより，レーザーダイオード５をより効果的に冷却することができる。
【００２７】
また，ヒートシンク１を構成する各プレート１０，２０，３０には，例えば，冷却水の流入口となる給水用貫通孔４０と，冷却水の流出口となる排水用貫通孔５０などが，共通して設けられている。かかる構成より，例えば，複数のヒートシンク１を例えば垂直方向（図１の上下方向）に並べて併設し，これら複数のヒートシンク１が，例えば連結パイプや液漏れ防止パッキング材（図示せず。）などで相互に連結された給水用貫通孔４０および排水用貫通孔５０を共用できるようになる。なお，図１では，これら複数のヒートシンクのうち１つのヒートシンク１のみを図示しており，他のヒートシンクについては図示を省略してある。また，このように複数のヒートシンク１を併設せずに，例えば，１つのヒートシンク１のみを備えるようにしても勿論よい。
【００２８】
上記のような構成のヒートシンク１において，プレート１０のベース部１６と，プレート２０と，プレート３０とを合わせた部分（即ち，サブマウント部１４以外の部分）が，本実施形態にかかるレーザーダイオード冷却装置の本体部として構成されている。この本体部は，内部に冷却液を流すための水路が形成されている放熱体などであり，上記サブマウント部１４と接合されるものである。また，本実施形態では，例えば，かかる本体部のみならず，上記サブマウント部１４にも水路が形成されている。
【００２９】
レーザーダイオード５は，例えば，高出力の半導体レーザを略棒状に形成したＬＤバーなどである。このレーザーダイオード５は，例えば，ガリウム・ヒ素ＧａＡｓ，インジウム・リンＩｎＰ，窒化インジウムＩｎＮ，窒化ガリウムＧａＮ，或いはこれらの混晶等の化合物半導体材料などで形成されている。また，かかるレーザーダイオード５は，例えば，上記プレート１０の端部に位置するサブマウント部１４に装着される。このレーザーダイオード５の装着は，例えば，半田等の融着剤などを用いた接着によりなされる。この半田材としては，例えば，金スズ，金ゲルマニウムなどがある。また，かかる半田材は，例えば，蒸着等によって，予め，サブマウント部１４表面に形成されていてもよい。
【００３０】
このようなレーザーダイオード５は，電力を供給することにより，例えば，レーザ光を出射（発振）することができる。かかるレーザ光は，例えば，光学レンズ（図示せず。）などによって収束されてから，外部に出射されるようにしてもよい。このような構成のレーザーダイオード５は，レーザ光出射時に発熱し，高温化してしまう。このため，過熱によるレーザーダイオード５の特性劣化を防止するために，上記のようなヒートシンク１を用いてレーザーダイオード５を冷却する必要がある。特に，ＧａＮ等を用いた青色レーザなどを出射する高出力のレーザーダイオード５では，発熱量も多いため，より十分な冷却が必要となる。
【００３１】
水冷治具７は，例えば，その上部に設置された上記ヒートシンク１に対して冷却水を供給するための治具である。より詳細には，ヒートシンク１は，例えば，水冷治具７の設置スペース７１に嵌合するようにして設置される。この設置スペース７１には，例えば，上記ヒートシンク１の給水用貫通孔４０と排水用貫通孔５０とに対応する位置に，給水口７２と排水口７４がそれぞれ設けられている。これにより，ヒートシンク１を設置したときに，給水用貫通孔４０と給水口７２を連通させるとともに，排水用貫通孔５０と排水口７４とを連通させることができる。
【００３２】
このようにしてヒートシンク１を設置することにより，水冷治具７は，ヒートシンク１に対して，冷却水を供給するとともに，使用済みの冷却水を排出することができる。より具体的には，水冷治具７は，例えば，給水ポンプ（図示せず。）などから給水ノズル７６を介して供給された例えば高圧の冷却水を，ヒートシンク１の給水用貫通孔４０に流入させることができる。また，水冷治具７は，例えば，ヒートシンク１内を循環した後，排水用貫通孔５０を通って流出してきた冷却水を，排水ノズル７８を介して外部に排出することができる。
【００３３】
また，例えば，上記のように１つのレーザーダイオード冷却装置内に複数のヒートシンク１が併設されている場合には，水冷治具７は，共通の給水用貫通孔４０および排水用貫通孔５０を利用して，かかる複数のヒートシンク１に対して，冷却水を同時に供給および排出することもできる。これにより，レーザーダイオード冷却装置は，かかる比較的簡便な装置を利用して，複数のヒートシンク１にそれぞれ設置された複数のレーザーダイオード５を同時に冷却できるとともに，装置の設置スペースも抑制できるので，効率的である。なお，この場合には，レーザーダイオード冷却装置内に，例えば，シリコン系のゴム材などを用いた水漏れ防止手段を設けるようにしても勿論よい。
【００３４】
次に，図２に基づいて，本実施形態にかかるヒートシンク１を構成する各プレート１０，２０，３０の構成について詳細に説明する。なお，図２（ａ）〜（ｃ）は，本実施形態にかかるヒートシンク１を構成する３つのプレート１０，２０，３０をそれぞれ示す底面図である。図２では，各プレート１０，２０，３０を裏面側（即ち，水冷治具７側）から見た態様を表しており，また，冷却水が流れる部分には，均一ドット状のハッチングを施してある。また，冷却水の水流方向は，以下に説明する例に限定されず，例えば逆方向であってもよい。
【００３５】
まず，各プレート１０，２０，３０の大きさについて説明する。
【００３６】
図２に示すように，プレート１０，２０，３０は，例えば，その外形がいずれも略同一の矩形状を有しており，プレート幅（プレートの短手方向の長さ）が例えば約１５ｍｍ程度，プレート長（プレートの長手方向の長さ）が例えば約１５〜２０ｍｍ程度などである。
【００３７】
一方，プレート厚さは，例えば，各プレート１０，２０，３０によって異なる。例えば，プレート１０の厚さは，例えば約１〜２ｍｍ程度が標準であるが，プレート１０のベース部１６の素材として銅タングステンなどを使用する場合には，銅を素材とする場合と略同一の熱伝導率にするために，例えば，プレート厚さを上記標準の約１／４にすることが好ましい。また，プレート２０の厚さは，例えば，プレート１０の厚さより薄いことが好ましいが，必須条件ではない。また，プレート３０の厚さは，例えば，プレート１０と略同一の厚さにすることが好ましい。これにより，プレート１０，２０，３０を積層したヒートシンク１全体の厚さは，例えば約２〜６ｍｍ程度となるが，かかる例に限定されるものではない。
【００３８】
次に，各プレート１０，２０，３０の面上及び／又は内部に形成されている水路の形状について，それぞれ詳述する。
【００３９】
図２（ａ）に示すように，ヒートシンク１の例えば最上層であるプレート１０には，裏面（プレート２０との接合面）上に水路１２が形成されるとともに，給水用貫通孔４０および排水用貫通孔５０がプレート１０を貫通して形成されている。この水路１２は，例えば当該プレート１０の裏面に対して，微細加工技術等による切削加工，或いはエッチング加工などを施すことで形成されたものであり，例えば，サブマウント部１４とベース部１６の双方にまたがる比較的広い範囲にわたって形成されている。かかる水路１２は，プレート２０から流入した冷却水を，レーザーダイオード５の近傍に広範囲にわたり接触させた後，排水用貫通孔５０に誘導する機能を有する。このため，この水路１２の幅は，例えば，表面側にレーザーダイオード５が装着されているサブマウント部１４付近で最も広く，排水用貫通孔５０に向かうにつれ徐々に狭くなっている。また，水路１２の内部には，例えば，冷却水を整流するとともにプレート強度を補強するための複数の整流兼補強用突起１７や，給水用貫通孔４０への冷却水の侵入を防止するための防止壁１８などが形成されている。さらに，サブマウント部１４における水路１２の表面には，例えば，ブラスト加工，またはフィン状の構造物などにより凹凸を形成して，表面積を増大させるようにしてもよい。これにより，レーザーダイオード５直下の水路１２表面に対する冷却水の接触面積を増大させ，冷却効果を高めることができる。
【００４０】
また，図２（ｂ）に示すように，ヒートシンク１の例えば中間層であるプレート２０には，スリット２２，給水用貫通孔４０および排水用貫通孔５０がプレート２０を貫通して形成されている。このスリット２２は，例えば，プレート２０の端部に形成された幅の狭い貫通孔であり，プレート３０から流入した冷却水をプレート１０に流出させるための連絡用の水路として機能する。プレート２０上では，例えば，給水用貫通孔４０および排水用貫通孔５０に対して冷却水が流出入することはない。
【００４１】
また，図２（ｃ）に示すように，ヒートシンク１の例えば最下層であるプレート３０には，表面（プレート２０との接合面）上に水路３２が形成されるとともに，給水用貫通孔４０および排水用貫通孔５０がプレート３０を貫通して形成されている。この水路３２は，例えば当該プレート３０の表面に対して，微細加工技術等による切削加工，或いはエッチング加工などを施すことで形成されたものである。かかる水路３２は，例えば，給水用貫通孔４０から流入した冷却水を，上記スリット２２に対して略均等に供給できるように誘導する機能を有する。このため，この水路３２の幅は，例えば，給水用貫通孔４０から離れるにつれてれ徐々に広がっており，スリット２２に対応する位置で最も広くなっている。また，水路３２の内部には，例えば，冷却水を均等に拡散および整流するとともにプレート強度を補強するための複数の整流兼補強用突起３７などが形成されている。
【００４２】
次に，図３に基づいて，本実施形態にかかるヒートシンク１内に冷却水が流れる態様について説明する。なお，図３は，本実施形態にかかるヒートシンク１を示す分解斜視図である。また，図３において，太い矢印は，ヒートシンク１内の冷却水の流れを表している。
【００４３】
図３に示すように，まず，水冷治具７から供給された冷却水は，プレート３０の給水用貫通孔４０を通って，プレート３０の表面に形成された水路３２に流入する。次いで，この冷却水は，水路３２に沿って流れてプレート３０の端部に達し，さらに，プレート２０のスリット２２を通過して，プレート１０の裏面に形成された水路１２に到達する。その後，この冷却水は，この水路１２に沿って，レーザーダイオード５が設けられたサブマウント部１４から，ベース部１６に設けられた排水用貫通孔５０に向かって流れ，最終的には排水用貫通孔５０から外部に排出される。なお，上記冷却水は，例えば，水温３０℃前後の水であり，水冷治具７は，この冷却水をヒートシンク１に対して例えば１分間当たり６００ｃｃ程度で供給することができる。
【００４４】
このようにして，ヒートシンク１内に冷却水を循環させることにより，レーザーダイオード５からヒートシンク１に伝導している熱が，冷却水によって奪われる。即ち，冷却水を排熱媒体として，ヒートシンク１を水冷することができる。このため，ヒートシンク１の放熱効果が高まり，レーザーダイオード５を効果的に冷却することができる。
【００４５】
次に，本実施形態にかかる大きな特徴である，ヒートシンク１におけるサブマウント部１４とその他の部分との材質の相違について詳細に説明する。
【００４６】
上記図１〜図３で示したように，ヒートシンク１は，例えば積層された３つのプレート１０，２０，３０から構成されており，このうち，プレート１０は，例えば，サブマウント部１４と，ベース部１６とから構成されている。
【００４７】
本実施形態にかかるヒートシンク１においては，このサブマウント部１４だけが，例えば，ダイヤモンド，ダイヤモンド−銅の複合材料，炭化珪素（ＳｉＣ：単結晶型およびＣＶＤ型），窒化アルミニウム，モリブデン，または銅−タングステンの複合材料（銅タングステン等のタングステン焼結合金などを含む。）などの材質で形成されており，それ以外のベース部１６，プレート２０およびプレート３０（上記本体部に該当する部分）は，例えば，銅，金メッキされた銅，またはタングステン焼結合金（銅タングステン等）などの材質で形成されていることを特徴とする。なお，サブマウント部１４の材質にモリブデン，または銅−タングステンの複合材料などを用いる場合には，例えば，上記本体部の材質としては，例えば，銅，または金メッキされた銅などのより安価な材料が用いられる。このため，例えば，サブマウント部１４と本体部の材質が同一となることはない。
【００４８】
上記従来技術の欄で説明したように，ヒートシンク１の材質としては，放熱効果を高めるために熱伝導率が高いことだけでなく，レーザーダイオード５の特性劣化を抑制するために熱膨張率（熱膨張係数）がレーザーダイオード５の熱膨張率と同程度であることが要求される。かかる双方の要求を満たす好適な材料としては，例えば，上記ダイヤモンド，ダイヤモンド−銅の複合材料，炭化珪素，窒化アルミニウム，モリブデン，または銅−タングステンの複合材料等（以下では，これらの材料群を好適材料という。）が挙げられる。
【００４９】
具体的を挙げてより詳細に説明すると，レーザーダイオード５の熱膨張率は，例えば，化合物半導体材料としてインジウム・リンＩｎＰを用いた場合に４．５×１０‐６［／Ｋ］程度であり，ガリウム・ヒ素ＧａＡｓを用いた場合に５．９×１０‐６［／Ｋ］程度である。また，これらの化合物半導体材料は，熱伝導率が５０〜７０［Ｗ／ｍ・Ｋ］程度であり，当該化合物半導体材料自体の温度上昇は比較的大きい。
【００５０】
また，ヒートシンク１の材質として一般的な材料である銅は，熱伝導率が４００［Ｗ／ｍ・Ｋ］程度であり，熱膨張率が１７×１０‐６［／Ｋ］程度である。このように，銅は，高い熱伝導率を有するものの，熱膨張率が上記例示したレーザーダイオード５の熱膨張率と大きくかけ離れている。このため，かかる銅をレーザーダイオード５の設置部分の材質として用いると，熱膨張率の差に起因した応力の発生や温度差により，レーザーダイオード５が早期に劣化してしまう。従って，かかる銅などは，レーザーダイオード５の設置部分の材質としては，不適である。
【００５１】
これに対し，上記好適材料について検討すると，ダイヤモンド−銅の複合材料は，例えば，熱伝導率が５５０〜６００［Ｗ／ｍ・Ｋ］程度であり，熱膨張率が４．０〜６．０×１０‐６［／Ｋ］程度である。また，炭化珪素は，例えば，熱伝導率が２００〜３００［Ｗ／ｍ・Ｋ］程度（ＣＶＤ型）あるいは４００〜４９０［Ｗ／ｍ・Ｋ］程度（単結晶型）であり，熱膨張率が４．０〜４．７×１０‐６［／Ｋ］程度である。また，窒化アルニウムは，例えば，熱伝導率が１６０〜１７０［Ｗ／ｍ・Ｋ］程度であり，熱膨張率が４．０〜４．６×１０‐６［／Ｋ］程度である。また，モリブデンは，例えば，熱伝導率が１４０〜１７０［Ｗ／ｍ・Ｋ］程度であり，熱膨張率が５．０〜７．０×１０‐６［／Ｋ］程度である。また，銅−タングステン複合材料は，例えば，熱伝導率が１８０〜２００［Ｗ／ｍ・Ｋ］程度であり，熱膨張率が５．１〜８．３×１０‐６［／Ｋ］程度である。このように，これらの好適材料は，熱伝導率が比較的高い上に，熱膨張率が上記例示したレーザーダイオード５の熱膨張率と極めて近い。従って，かかる好適材料は，上記要求の双方を満たしており，レーザーダイオード５の設置部分を含めてヒートシンク１の材質として好適であるといえる。特に，ダイヤモンド，ダイヤモンド−銅の複合材料，および炭化珪素などは，熱伝導率および熱膨張率の双方が非常に適切であり，材料特性面ではヒートシンク１の材質として非常に好適である。
【００５２】
しかしながら，これらの好適材料は，銅などと比較して高価であるため，ヒートシンク１全体に使用すると，ヒートシンク１の製造コストが大幅に増加してしまうという欠点がある。
【００５３】
このため，本願発明者らは，上記好適材料の使用量を低減すべく，ヒートシンク１のいなかる範囲にまで上記好適材料を適用すれば，レーザーダイオード５の劣化を防止できるかに着目して，鋭意努力した。この結果，レーザーダイオード５が装着される近傍にのみ上記好適材料を適用しても，レーザーダイオード５の劣化を十分に抑制できることに想到した。
【００５４】
かかる観点から，本実施形態にかかるヒートシンク１では，高価な上記好適材料が，例えば，レーザーダイオード５が装着されるサブマウント部１４にのみ適用されている。一方，このサブマウント部１４以外のベース部１６，プレート２０およびプレート３０の材質には，比較的安価かつ熱伝導率が高い材料である上記銅，金メッキされた銅，またはタングステン焼結合金などが使用されている。換言すれば，ヒートシンク１においては，例えば，熱膨張率の差によってレーザーダイオード５の劣化を誘発し得る必要最小限の部分についてのみ，熱伝導率及び熱膨張率に優れた好適材料を適用し，その他の部分については，高放熱性および低コスト化を重視して，熱伝導率およびコスト性に優れた銅などが使用されている。
【００５５】
従って，ヒートシンク１を製造する際に，高価な好適材料の使用量を大幅に低減できるので，低コスト化を図ることができる。さらに，ヒートシンク１は，例えば，全体が上記好適材料または銅などの熱伝導率が高い材質で形成されており，放熱性に優れているので，レーザーダイオード５を効果的に冷却することができる。加えて，レーザーダイオード５近傍に位置するサブマウント部１４は，熱膨張率がレーザーダイオード５の熱膨張率に近い好適材料で形成されているので，レーザーダイオード５の駆動による発熱や，レーザーダイオード５の動作・非動作に伴う周期的な温度差などに起因してレーザーダイオード５に作用する応力を低減できる。このため，ヒートシンク１は，レーザーダイオード５の特性の劣化を十分に抑制することも可能である。
【００５６】
次に，図４に基づいて，本実施形態にかかるプレート１０のサブマウント部１４とベース部１６の接合方法および接合態様について，詳細に説明する。なお，図４（ａ）は，本実施形態にかかるサブマウント部１４とベース部１６の接合態様を示す斜視図である。また，図４（ｂ）および図４（ｃ）は，サブマウント部１４とベース部１６の接合態様の別態様を示す斜視図である。
【００５７】
図４に示すように，別々に成形されたサブマウント部１４とベース部１６とを，例えば，Ａｕメタライズによる拡散接合などによって相互に接合することにより，プレート１０が形成される。この拡散接合とは，例えば，５００〜１０００℃程度の高温下で，異種金属同士を熱圧着して接合する方法である。なお，サブマウント部１４とベース部１６との接合方法は，かかる拡散接合の例に限定されず，例えば，金ゲルマニウム，金スズ系の半田材などの融着剤を利用して，両者を接合してもよい。この場合，例えば，サブマウント部１４には，予め，スパッタリングやメッキ手法などにより，材料表面にメタライジング処理を行っておくようにしてもよい。
【００５８】
次に，サブマウント部１４とベース部１６との接合態様について，３つの具体例を挙げて，より詳細に説明する。
【００５９】
まず，図４（ａ）に示す接合態様では，サブマウント部１４と接合するベース部１６の接合部１６０が，例えば，水平断面での形状が略直線となるような形状を有している。即ち，ベース部１６の接合部１６０が略平面形状を有しており，サブマウント部１４とベース部１６とが例えば単一面で面接合されている。かかる接合態様を採用することにより，ベース部１６の形状を，比較的単純な例えば板形状とすることができるので，ベース部１６の成形加工が容易となる。
【００６０】
また，図４（ｂ）に示す接合態様では，サブマウント部１４と接合するベース部１６の接合部には，例えば，水平断面での形状が略コの字形となるように成形された略コの字形の嵌合部１６２が設けられている。この略コの字形の嵌合部１６２は，例えば，ベース部１６の接合部の両端部分から突出した一対の突出部と，中央部分の陥没部とからなるともいえる。この略コの字形の嵌合部１６２は，例えば，ベース部１６の接合部の中央部分を切り欠くことによって形成される。かかる嵌合部１６２の略コの字形形状は，例えば，サブマウント部１４の外形に対応するように形成されているので，サブマウント部１４はこの嵌合部１６２に嵌合することができる。
【００６１】
このような嵌合部１６２を利用して，サブマウント部１４とベース部１６を嵌合させた状態で相互に接合することにより，サブマウント部１４がベース部１６に対して例えば略水平方向（プレート１０の幅方向）にずれることを制限できる。このため，プレート１０の水平方向の強度を高めることができる。さらに，当該嵌合部１６２に嵌合するようにサブマウント部１４の体積をより小さくできるので，１枚のプレート１０を製造するために必要な上記好適材料の使用量を，より低減することもできる。
【００６２】
また，図４（ｃ）に示す接合態様では，サブマウント部１４と接合するベース部１６の接合部には，例えば，プレート１０の厚み方向の段差形状を有する略段差型の嵌合部１６４が設けられている。この略段差型の嵌合部１６４は，例えば，ベース部１６の接合部の例えば上部を切削除去することによって，形成される。かかる嵌合部１６４の段差は，例えば，サブマウント部１４の外形に対応するように形成されているので，サブマウント部１４はこの嵌合部１６４に嵌合することができる。
【００６３】
このような嵌合部１６４を利用して，サブマウント部１４とベース部１６を嵌合させた状態で相互に接合することにより，サブマウント部１４がベース部１６に対して例えば略垂直方向（プレート１０の厚み方向）にずれることを制限できる。このため，プレート１０の垂直方向の強度を高めることができる。さらに，当該嵌合部１６４に嵌合するようにサブマウント部１４の体積をより小さくできるので，１枚のプレート１０を製造するために必要な上記好適材料の使用量を，より低減することもできる。
【００６４】
以上，添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが，本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば，特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり，それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００６５】
例えば，上記実施形態では，ヒートシンク１は，例えば３枚のプレート１０，２０，３０を積層した３層構造を有していたが，本発明はかかる例に限定されない。例えば，ヒートシンク１は，任意の複数のプレート（板状部材）を積層して構成されてもよく，例えば，２層構造，４層構造，５層構造，…などを有してもよい。
【００６６】
また，上記実施形態では，サブマウント部１４の材質は，例えば，ダイヤモンド，ダイヤモンド−銅の複合材料，モリブデン，銅−タングステンの複合材料，炭化珪素，または窒化アルミニウムなどであったが，本発明はかかる例に限定されない。サブマウント部１４の材質は，例えば，シリコン，上記材料同士の複合材料，或いは，ガリウム・ヒ素，インジウム・リン等の化合物半導体材料などであってもよい。
【００６７】
上記実施形態では，ヒートシンク１の本体部（即ち，ベース部１６，プレート２０およびプレート３０）の材質は，例えば，銅，金メッキされた銅，またはタングステン焼結合金などであったが，本発明はかかる例に限定されない。ヒートシンク１の本体部の材質は，例えば，アルミニウム，酸化アルミニウム，アルミニウム合金，モリブデン，モリブデン合金等の各種金属材料，またはこれらの複合材料などであってもよい。
【００６８】
また，上記実施形態では，冷却液として冷却水を用いたが，本発明はかかる例に限定されず，例えば，冷却油など各種の冷却用の液体を用いてもよい。
【００６９】
また，上記実施形態では，ヒートシンク１には給水用貫通孔４０および排水用貫通孔５０がヒートシンク１全体を貫通して設けられていたが，本発明はかかる例に限定されない。ヒートシンク１は，外部から供給された冷却液を，内部の水路に循環させて，排出できるように構成されればよく，例えば，給水用貫通孔４０および給排水用貫通孔５０の有無，位置，形状などは多様に変更可能である。例えば，給水用貫通孔４０は，水冷治具７から冷却液が供給されるプレート３０などにのみ設けられてもよい。また，排水用貫通孔５０は，例えば，冷却液を排出するプレート１０などにのみ設けられてもよい。さらに，このような，ヒートシンク１における冷却液の供給・排出の態様に合わせて，例えば，水冷治具７の形状，構成等は多様に変更可能である。また，冷却液の流れる方向も，上記実施形態の例に限定されず，例えば逆方向に流してもよい。
【００７０】
また，ヒートシンク１内に設けられる水路は，上記の水路１２，２２，３２の例に限定されず，例えば，水路の形状，大きさ，位置などは多様に変更可能である。
【００７１】
また，上記実施形態では，図４に基づいて，サブマウント部１４とベース部１６の接合態様について３つの例を挙げて説明したが，サブマウント部１４とベース部１６の接合態様は，かかる例に限定されない。例えば，ベース部１６の接合部に，平面形状が略Ｕの字形，略Ｖの字形，略Ｗの字形，任意の凸形または凹形等の各種形状の切り欠きを形成して，サブマウント部１４との嵌合部を構成してもよい。また，ベース部１６の接合部上面に，例えばプレート幅方向の溝を形成し，かかる溝にサブマウント部１６を嵌合可能にしてもよい。また，図４（ｂ）に示した略コの字形の嵌合部１６２と，図４（ｃ）で示した略段差型の嵌合部１６４とを組み合わせたような嵌合部を形成してもよい。この場合には，例えば，プレート１０の上記水平方向および垂直方向の双方の強度を高めることができるとともに，上記好適材料の使用量をより一層低減できる。
【００７２】
また，上記実施形態では，プレート１０のベース部１６のみに上記嵌合部１６２，１６４などを形成する例について説明したが，本発明はかかる例に限定されない。例えば，ヒートシンク１の本体部全体を利用して，上記各種の嵌合部などを形成してもよい。つまり，上記各種の嵌合部は，例えば，本体部を構成する複数のプレート１０，２０…などにまたがって，形成されてもよい。より具体的には，例えば，上記略コの字形嵌合部１６２を，プレート１０およびプレート２０の双方に一体形成することによって，プレート１０及びプレート２０にまたがって形成された略コの字形スペースに，サブマウント部１４を嵌合するようにしてもよい。また，例えば，プレート１０の接合部を上記図４（ａ）に示したような略直線的な接合部１６０とし，かつ，プレート２０に上記略段差型の嵌合部１６２を形成することによって，プレート１０及びプレート２０にまたがって形成された段差スペースに，サブマウント部１４を嵌合するようにしてもよい。
【００７３】
また，上記実施形態では，サブマウント部１４は，例えば，単層構造であり，プレート１０にのみ含まれていたが，本発明はかかる例に限定されない。例えば，ヒートシンク１の本体部だけでなく，サブマウント部１４もが積層構造を有してもよい。即ち，サブマウント部１４は，例えば，上記好適材料からなる複数のサブプレートを積層することによって構成されもよい。換言すると，サブマウント部１４の一部が，例えば，プレート１０のみならず，上記プレート２０及び／又はプレート３０などにも，含まれるようにしてもよい。この場合には，例えば，まず，プレート１０，２０，３０などの各サブプレート（上記ベース部１６に相当）と，サブマウント部１４の一部をなす各サブプレートとをそれぞれ接合して，複数のプレートを形成し，次いで，このように形成された複数のプレートと，サブマウント部１４を含まないプレートなどとを積層して，相互に接合することによって，ヒートシンク１を構成してもよい。
【００７４】
また，上記実施形態では，ヒートシンク１は，複数のプレートが積層された積層構造を有していたが，本発明はかかる例に限定されない。例えば，ヒートシンク１は，一体形成された本体部と，この本体部に接合されたサブマウント部１４とから構成され，積層構造を有さないようにしてもよい。
【００７５】
【発明の効果】
以上説明したように，本発明によれば，ダイヤモンド，ダイヤモンド−銅の複合材料，モリブデン，銅−タングステンの複合材料，炭化珪素，または窒化アルミニウム等の高価な素材をサブマウント部にのみ適用することにより，レーザーダイオード冷却装置の製造コストを大幅に低減することができる。さらに，このようにして製造されたレーザーダイオード冷却装置は，レーザーダイオードを効果的に冷却できるとともに，熱膨張率の差に起因するレーザーダイオード特性の劣化をも防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は，第１の実施形態にかかるレーザーダイオード冷却装置の構成を概略的に示す斜視図である。
【図２】図２（ａ）〜（ｃ）は，第１の実施形態にかかるヒートシンクを構成する３つのプレートをそれぞれ示す底面図である。
【図３】図３は，第１の実施形態にかかるヒートシンクを示す分解斜視図である。
【図４】図４（ａ）は，第１の実施形態にかかるサブマウント部とベース部の接合態様を示す斜視図である。図４（ｂ）および図４（ｃ）は，第１の実施形態にかかるサブマウント部とベース部の接合態様の別態様を示す斜視図である。
【符号の説明】
１  ：  ヒートシンク
５  ：  レーザーダイオード
１０，２０，３０  ：  プレート
１２，３２  ：  水路
１４  ：  サブマウント部
１６  ：  ベース部
２２  ：  スリット
４０  ：  給水用貫通孔
５０  ：  排水用貫通孔
１６０  ：  接合部
１６２  ：  略コの字形の嵌合部
１６４  ：  略段差型の嵌合部
【図１】
2004186527.tif 000003
【図２】
2004186527.tif 000004
【図３】
2004186527.tif 000005
【図４】
2004186527.tif 000006