(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
２種類以上の元素が混在する合金または複合材料からなり、相対的に面積の大きい主表面と、この主表面に交差する相対的に面積の小さい副表面とが交差してなる稜部を有し、前記副表面は、前記主表面にほぼ平行に放電ワイヤを配置して放電加工された表面からなり、前記稜部において近似される曲率半径が３０μｍ以下であり、前記副表面において幅が３０μｍ以下、長さが５０μｍ以下の欠損部は、稜部の長さ１ｍｍ当たり１０個以下存在するヒートシンク材の製造方法であって、
２種類以上の元素が混在する合金または複合材料からなり、相対的に面積の大きい主表面と、この主表面に交差する相対的に面積の小さい副表面とを有する素材に対して、前記主表面にほぼ平行に放電ワイヤを配置するステップと、
前記配置された放電ワイヤを用いて前記素材を放電加工により切断するステップと、
前記配置された放電ワイヤを用い、オフセット量を放電ワイヤの直径に対して１００％以下に設定して前記切断面を放電加工により粗仕上げするステップと、
前記配置された放電ワイヤを用い、オフセット量を放電ワイヤの直径に対して１００％以下に設定して前記切断面を放電加工により最終仕上げするステップとを備えた、ヒートシンク材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、一般的にはヒートシンク材の製造方法に関し、特定的にはバーレーザー用半導体レーザー素子（レーザーダイオード（ＬＤ））のヒートシンク材の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
たとえば、特開２０００−２２２８４号公報（特許文献１）には、エッジ部に至るまで所望の超精密な面精度を有するヒートシンクを安定して得ることが可能なヒートシンクおよびその加工方法が提案されている。このヒートシンクの加工方法は、半導体レーザー素子を構成するヒートシンクの加工方法であって、少なくとも一面に第１鏡面が形成された板状部材を切断して複数の長尺な棒状部材を形成する工程と、第１鏡面を略鉛直状態として複数の棒状部材を略平行に治具に固定した状態において複数の棒状部材の上面を切削加工して第２鏡面を形成し、第１鏡面と第２鏡面との間でエッジ部を形成する工程と、棒状部材を切断することにより、複数のヒートシンクを得る工程とを有することを特徴としている。また、このヒートシンクの加工方法は、板状部材の一面を鏡面に加工する工程と、板状部材の鏡面に対して放電加工またはレーザー加工を施すことによって形成される溝部と鏡面との間でエッジ部を形成する工程と、溝部に沿って板状部材を切断することにより複数のヒートシンクを得る工程とを有することを特徴としている。このヒートシンクの材料には熱伝導率の良い銅系材料が使用される。
【特許文献１】特開２０００−２２２８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、加工用または産業用のバーレーザー素子のチップは、長さが１０ｍｍ程度と大きく、母材がガリウム砒素化合物半導体材料から形成される。このため、バーレーザー素子用のヒートシンクの特性としては、高い熱伝導率だけでなく、ガリウム砒素化合物半導体材料とほぼ同程度の線膨張係数が要求される。このような要求特性を満たす材料としては、常温から４００℃までの平均線膨張係数が３．０×１０−６／Ｋ以上９．０×１０−６／Ｋ以下、熱伝導率が１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上である銅タングステン合金、銅−ダイヤモンド複合材料等が有望視されている。【０００４】
一方、レーザー素子用ヒートシンクには、レーザー発光層の放熱を確実に行うために、エッジ部の曲率半径（Ｒ）が小さいこと、エッジ部の欠損部が小さいこと、エッジ部にバリがないことが求められる。エッジ部の曲率半径が大きい場合、レーザー発光層の端面がヒートシンクのエッジ部に整合するようにレーザー素子がヒートシンクの上に搭載されると、レーザー素子からヒートシンクへの放熱が妨げられる。同様にして、エッジ部の欠損部が大きい場合にも、レーザー素子からヒートシンクへの放熱が妨げられる。エッジ部にバリがある場合、レーザー素子とヒートシンクとの間に空隙が存在するのでレーザー素子からヒートシンクへの放熱が妨げられる。【０００５】
上記の公報に開示された加工方法によれば、銅を主成分とする銅系材料からヒートシンクを加工する場合には曲率半径と欠損部が小さいエッジ部を得ることができ、エッジ部においてバリの発生を抑制することができる。しかしながら、加工性が異なる材料が混在している銅タングステン合金、銅−ダイヤモンド複合材料等の複合材料では、上記の加工方法では所望のエッジ部を得ることは困難である。そのため、所望のエッジ部を得るためには、エッジ部を形成するための切断工程を行った後に端面の形状を整えるために研削加工等の後処理を行う必要がある。また、切断工程だけで得られた端面を有するヒートシンクでは、バリや突起が端面に存在するためにレーザー素子をヒートシンクの上に搭載することができないという問題がある。【０００６】
たとえば、銅と銅よりも硬質の材料とを複合させた複合材料では、その材料を構成する銅、硬質材料それぞれに適した加工条件を見出すことができたとしても、その材料を構成する銅と硬質材料の両者に適用することができる加工条件を見出すことは困難である。たとえば、切削加工によって銅はエッジ部にバリを発生させ、硬質材料はエッジ部において欠ける（欠損部が生じる）という問題がある。この場合、エッジ部においてバリと欠損部との双方の発生を抑制することは困難である。【０００７】
そこで、この発明の目的は、２種以上の元素が混在する合金または複合材料からなるヒートシンク材において、少なくともレーザー素子を搭載するためのエッジ部を形成することが可能な端面を有するヒートシンク材の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明の製造方法が対象とするヒートシンク材は、２種類以上の元素が混在する合金または複合材料からなり、相対的に面積の大きい主表面と、この主表面に交差する相対的に面積の小さい副表面とが交差してなる稜部を有するヒートシンク材であって、副表面は、主表面にほぼ平行に放電ワイヤを配置して放電加工された表面からなる。
【０００９】
この発明の製造方法が対象とするヒートシンク材においては、相対的に面積の小さい副表面は、主表面にほぼ平行に放電ワイヤを配置して放電加工された表面からなるので、曲率半径と欠損部が小さい稜部（エッジ部）を得ることができ、エッジ部においてバリの発生を抑制することができる。いいかえれば、本発明のヒートシンク材の副表面は、少なくともレーザー素子を搭載するためのエッジ部を形成することが可能な端面を有する。
【００１０】
また、この発明の製造方法が対象とするヒートシンク材においては、稜部において近似される曲率半径が３０μｍ以下である。
【００１２】
さらに、この発明の製造方法が対象とするヒートシンク材の副表面において、幅が３０μｍ以下、長さが５０μｍ以下の欠損部は、稜部の長さ１ｍｍ当たり１０個以下存在する。
【００２０】
この発明に従ったヒートシンク材の製造方法は、上述の少なくともいずれかの特徴を有するヒートシンク材の製造方法であって、２種類以上の元素が混在する合金または複合材料からなり、相対的に面積の大きい主表面と、この主表面に交差する相対的に面積の小さい副表面とを有する素材に対して、主表面にほぼ平行に放電ワイヤを配置するステップと、上記のように配置された放電ワイヤを用いて素材を放電加工により切断するステップと、上記のように配置された放電ワイヤを用い、オフセット量を放電ワイヤの直径に対して１００％以下に設定して切断面を放電加工により粗仕上げするステップと、上記のように配置された放電ワイヤを用い、オフセット量を放電ワイヤの直径に対して１００％以下に設定して切断面を放電加工により最終仕上げするステップとを備える。
【００２１】
この発明のヒートシンク材の製造方法においては、相対的に面積の小さい副表面は、主表面にほぼ平行に放電ワイヤを配置して放電加工されるので、曲率半径と欠損部が小さいエッジ部を得ることができ、エッジ部においてバリの発生を抑制することができる。いいかえれば、本発明の製造方法によって加工されたヒートシンク材の副表面は、少なくともレーザー素子を搭載するためのエッジ部を形成することが可能な端面を有する。
【００２３】
特に、副表面を順次放電加工することによって、曲率半径と欠損部が小さいエッジ部を得ることができ、エッジ部においてバリの発生を抑制することができる。
【発明の効果】
【００２４】
以上のように、この発明によれば、２種以上の元素が混在する合金または複合材料からなるヒートシンク材において、少なくともレーザー素子を搭載するためのエッジ部を形成することが可能な端面を有するヒートシンク材を得ることができ、放電加工することにより、曲率半径と欠損部が小さいエッジ部を得ることができ、エッジ部においてバリの発生を抑制することができるので、レーザー素子からヒートシンク材への放熱性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】この発明の実施例としてヒートシンク材の製造方法の工程を順に示す図である。
【図２】この発明の実施例としてヒートシンク材の放電加工において用いられる治具を示す平面図である。
【図３】この発明の実施例で得られたヒートシンクの概略的な断面を示す断面図である。
【図４】この発明の比較例としてヒートシンク材の製造方法の工程を順に示す図である。
【図５】この発明のもう一つの比較例としてヒートシンク材の製造方法の工程を順に示す図である。
【図６】この発明の実施例または比較例で得られたヒートシンク材を用いて構成される半導体レーザー装置の概略的な構成を示す図である。
【符号の説明】
【００２６】
１：ヒートシンク、２：半導体レーザー素子チップ、１０：ヒートシンク材、１１：ニッケルメッキ層またはニッケル蒸着層、１２：白金膜、５０，１００：素材、２００：放電ワイヤ。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
この発明の一つの実施の形態に従ったヒートシンク材は、２種以上の元素を含む合金または複合材料からなり、相対的に面積の大きい主表面と、この主表面に交差する相対的に面積の小さい副表面とを有する素材に対して、少なくとも、主表面にほぼ平行に放電ワイヤを配置して副表面を放電加工することによって得られたものである。【００２８】
放電加工は、放電ワイヤ加工機を用いて切断工程、切断面の粗仕上げ工程、切断面の最終仕上げ工程の三段階以上の放電加工工程によって行われるのが好ましい。この場合、切断面の粗仕上げ工程、切断面の最終仕上げ工程における放電加工のオフセット量は、放電ワイヤの直径に対して１００％以下であるのが好ましく、より好ましくは５０％以下、さらに好ましくは３０％以下である。放電ワイヤの直径に対する放電加工のオフセット量の割合が１００％を超えると、放電加工のワークに対する負荷が大きくなり、被加工対象のヒートシンク材のエッジ部に欠損またはダレが生じ、また、ワークの削除量が増大し、素材当たりのヒートシンク材の採取可能な数量が減少し、製造コストの増大を招く。【００２９】
本発明の一つの実施の形態に従ったヒートシンク材では、主表面と副表面とが交差してなる稜部において近似される曲率半径（Ｒ）が３０μｍ以下、具体的には直方体を構成する平面のうち面積が大きい二つの平面において、少なくとも長辺側の一つの稜部のダレの曲率半径（Ｒ）が３０μｍ以下であるのが好ましく、より好ましくは２０μｍ以下、さらに好ましくは１０μ以下である。上記の曲率半径が３０μｍを超えると、レーザー発光層（活性層）の端面がヒートシンク材の稜部（エッジ部）に整合するようにレーザー素子がヒートシンクの上に搭載されるとき、ヒートシンク材の主表面の上に搭載される半導体レーザー素子のレーザー出射口としての活性層直下における放熱が不十分となり、所望のレーザー出力を得ることができない。なお、上記の曲率半径は少なくとも１μｍ以上である。上記の曲率半径が１μｍ未満になるように放電加工することは、放電加工出力を低減させ、加工速度を遅くする必要があり、加工効率の点で経済的でなく、好ましくない。【００３０】
また、本発明の一つの実施の形態に従ったヒートシンク材では、幅が３０μｍ以下、長さが５０μｍ以下の欠損部（欠け）が、副表面において稜部の長さ１ｍｍ当たり１０個以下存在するのが好ましい。より好ましくは欠損部の幅が１５μｍ以下、長さが３０μｍ以下、さらに好ましくは欠損部の幅が５μｍ以下、長さが１０μｍ以下であり、より好ましくは欠損部の個数は、稜部の長さ１ｍｍ当たり５個以下、さらに好ましくは１個以下である。欠損部の幅が３０μｍを超えると、または、欠損部の長さが５０μｍを超えると、レーザー発光層（活性層）の端面がヒートシンク材の稜部（エッジ部）に整合するようにレーザー素子がヒートシンクの上に搭載されるとき、ヒートシンク材の主表面の上に搭載される半導体レーザー素子のレーザー出射口としての活性層直下における放熱が不十分となり、所望のレーザー出力を得ることができない。欠損部の個数が稜部の長さ１ｍｍ当たり１０個を超えると、たとえば、長さ１０ｍｍのレーザー素子に１００μｍピッチで配列されたレーザー出射口のうち、いくつかの直下で放熱が不十分となる。【００３１】
ヒートシンク材を構成する材料の常温から４００℃までの平均線膨張係数は、３．０×１０−６／Ｋ以上９．０×１０−６／Ｋ以下が好ましい、より好ましくは４．０×１０−６／Ｋ以上８．０×１０−６／Ｋ以下、さらに好ましくは５．０×１０−６／Ｋ以上７．５×１０−６／Ｋ以下である。平均線膨張係数が３．０×１０−６／Ｋ未満であれば、または、平均線膨張係数が９．０×１０−６／Ｋを超えると、半導体レーザー素子の母材を構成する平均線膨張係数が５．９×１０−６／Ｋであるガリウム砒素化合物半導体に対して、熱膨張係数の差が大きくなるので、ヒートシンク材の上に半導体レーザー素子を加熱接合したときに熱応力が生じるため、レーザー素子の性能が不安定となり、動作寿命が低下し、場合によってはレーザー素子の破損を招く。【００３２】
ヒートシンク材を構成する材料の熱伝導率は、１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上であるのが好ましく、より好ましくは１５０Ｗ／ｍ・Ｋ以上、さらに好ましくは４００Ｗ／ｍ・Ｋ以上である。熱伝導率が１００Ｗ／ｍ・Ｋ未満であれば、レーザー素子から発生する熱を充分に放散することができないため、所望の高いレーザー出力を得ることができない。【００３３】
ヒートシンク材を構成する材料としては、銅とタングステンとを含む合金、ダイヤモンドと銅とを含む複合材料、銅とモリブデンとを含む合金、または、炭化珪素とアルミニウムとを含む複合材料であるのが好ましい。【００３４】
ヒートシンク材を構成する材料として銅とタングステンとを含む合金を用いる場合、銅を５質量％以上含むのが好ましく、より好ましくは５質量％以上４０質量％以下、さらに好ましくは１０質量％以上２０質量％以下である。銅の含有量が５質量％未満であれば、銅タングステン合金の平均線膨張係数が、半導体レーザー素子の母材を構成するガリウム砒素化合物半導体の平均線膨張係数５．９×１０−６／Ｋより小さくなるので、ヒートシンク材の上に半導体レーザー素子を加熱接合したときに熱応力が生じて半導体レーザー素子が剥離しやすくなるため、レーザー素子の寿命や長期信頼性に悪影響を与える。【００３５】
ヒートシンク材を構成する材料としてダイヤモンドと銅とを含む複合材料を用いる場合、粒径が５μｍ以上１００μｍ以下のＩｂ型ダイヤモンド粒子を含むのが好ましく、より好ましくはダイヤモンド粒子の粒径が１０μｍ以上６０μｍ以下、さらに好ましくは２０μｍ以上５０μｍ以下である。粒径が５μｍ未満であれば、銅粒子との界面面積が増大することにより熱抵抗が大きくなり、複合材料の熱伝導率が低下する。粒径が１００μｍを超えると、ヒートシンク材に加工するときに発生するダイヤモンド粒子の脱落により、エッジ部の欠損部が大きくなり、切断端面の面粗さも大きくなる。銅の含有量は、１９質量％以上７６質量％以下であるのが好ましく、より好ましくは２９質量％以上６６質量％以下、さらに好ましくは３８質量％以上５２質量％以下である。銅の含有量が１９質量％未満であれば、複合材料の平均線膨張係数が、半導体レーザー素子の母材を構成するガリウム砒素化合物半導体の平均線膨張係数５．９×１０−６／Ｋより小さくなるので、ヒートシンク材の上に半導体レーザー素子を加熱接合したときに熱応力が生じて半導体レーザー素子が剥離しやすくなるため、レーザー素子の寿命や長期信頼性に悪影響を与える。また、銅の含有量が７６質量％を超えると、複合材料の平均線膨張係数が、半導体レーザー素子の母材を構成するガリウム砒素化合物半導体の平均線膨張係数５．９×１０−６／Ｋより大きくなるので、ヒートシンク材の上に半導体レーザー素子を加熱接合したときに熱応力が生じて半導体レーザー素子が剥離しやすくなるため、レーザー素子の寿命や長期信頼性に悪影響を与える。【００３６】
ヒートシンク材を構成する材料として銅とモリブデンとを含む合金を用いる場合、銅を５質量％以上含むのが好ましく、より好ましくは５質量％以上６０質量％以下、さらに好ましくは５質量％以上３５質量％以下である。銅の含有量が５質量％未満であれば、銅モリブデン合金の平均線膨張係数が、半導体レーザー素子の母材を構成するガリウム砒素化合物半導体の平均線膨張係数５．９×１０−６／Ｋより小さくなるので、ヒートシンク材の上に半導体レーザー素子を加熱接合したときに熱応力が生じて半導体レーザー素子が剥離しやすくなるため、レーザー素子の寿命や長期信頼性に悪影響を与える。【００３７】
ヒートシンク材を構成する材料として炭化珪素とアルミニウムとを含む複合材料を用いる場合、アルミニウムを７０質量％以下含むのが好ましい。アルミニウムの含有量が７０質量％を超えると、複合材料の平均線膨張係数が、半導体レーザー素子の母材を構成するガリウム砒素化合物半導体の平均線膨張係数５．９×１０−６／Ｋより大きくなるので、ヒートシンク材の上に半導体レーザー素子を加熱接合したときに熱応力が生じて半導体レーザー素子が剥離しやすくなるため、レーザー素子の寿命や長期信頼性に悪影響を与える。【００３８】
この発明のヒートシンク材の主表面には少なくとも金属膜が形成されているのが好ましく、具体的には半導体レーザー素子が搭載される上面と下面の二つの主表面に金属膜が形成されているのが好ましい。【００３９】
この発明の一つの実施の形態に従った半導体レーザー装置は、上述の特徴のいずれかを有するヒートシンク材と、このヒートシンク材の主表面の上に固着された半導体レーザー素子チップとを備える。半導体レーザー素子チップの端面は、ヒートシンク材の主表面と副表面とが交差してなる稜部から１０μｍ以下の距離隔てた主表面の上に位置づけられている。具体的には、ヒートシンク材の面積が大きい一つの平面上の稜部から１０μｍ以下の距離に半導体レーザー素子（レーザーダイオード（ＬＤ））チップの長辺側の稜部が位置づけられるように、半導体レーザー素子チップがヒートシンク材の主表面の上に半田付けによって固着されている。より好ましくは、上記の距離は５μｍ以下、さらに好ましくは３μｍ以下である。上記の距離が１０μｍを超えると、半導体レーザー素子チップからある一定の広がりをもって出射されるレーザー光の光路がヒートシンク材の稜部によって干渉され、レーザー光が妨げられる。
【実施例】
【００４０】
表１に示す切断加工条件で各種の素材を加工することにより、ヒートシンク材を作製した。【００４１】
表１中の「素材」の組成は以下のとおりである。【００４２】
Ｃｕ−Ｗ合金１：銅を１１質量％、タングステンを８９質量％含む合金
Ｃｕ−Ｗ合金２：銅を１１質量％、タングステンを８９質量％含む合金
Ｃｕ−Ｗ合金３：銅を２０質量％、タングステンを８０質量％含む合金
Ｃｕ−ダイヤモンド：銅を４６質量％含む銅−ダイヤモンド粒子複合材料
Ａｌ−ＳｉＣ：アルミニウムを３０質量％含むアルミニウム−炭化珪素粒子複合材料
Ｃｕ：純銅
Ｃｕ−Ｗ合金（Ｃｕ−Ｗ合金１：熱伝導率１８０Ｗ／ｍ・Ｋ、線膨張係数６．５×１０−６／Ｋ、Ｃｕ−Ｗ合金２：熱伝導率２１０Ｗ／ｍ・Ｋ、線膨張係数６．５×１０−６／Ｋ、Ｃｕ−Ｗ合金３：熱伝導率２００Ｗ／ｍ・Ｋ、線膨張係数８．３×１０−６／Ｋ）は、次のようにして製造された。【００４３】
平均粒径５μｍのタングステン粉末と潤滑剤（パラフィン系）とを混合した。この混合粉末を２ｔ／ｃｍ２の圧力でプレス成形し、４２ｍｍ×４２ｍｍ×１ｍｍの大きさの直方体の圧粉体を作製した。この圧粉体を温度８００℃で５時間、水素雰囲気中で脱バインダ処理した。その後、圧粉体を温度１３００℃で２時間、水素雰囲気中で焼結した。得られたタングステン多孔質焼結体の下に純度９９．９％の銅粉を配置した状態で、温度１２５０℃で２時間、水素雰囲気中で銅を溶解させ、タングステン多孔質焼結体中の空隙に銅を溶浸させることにより、銅−タングステン焼結体を作製した。得られた銅−タングステン焼結体を３８ｍｍ×３８ｍｍ×０．３ｍｍの大きさの直方体に機械加工した。【００４４】
なお、銅−タングステン焼結体は、銅粉とタングステン粉とを混合して焼結することによっても製造可能である。【００４５】
Ｃｕ−ダイヤモンド複合材料（熱伝導率５５０Ｗ／ｍ・Ｋ、線膨張係数６．０×１０−６／Ｋ）は、次のようにして製造された。【００４６】
粒径が７５〜９５μｍの市販のダイヤモンド粉末と純度が９９％で粒径が１５μｍ未満の銅粉とを５４：４６の質量比率で混合した。この混合粉末をモリブデン製の金属容器に充填し、２ｔ／ｃｍ２の圧力でプレス成形し、直径５０ｍｍ×厚み７ｍｍの大きさの円柱体の圧粉体を作製した。その後、この金属容器をベルト型超高圧発生装置に充填し、圧力５ＧＰａ、温度１１００℃の条件で５分間保持することにより、銅−ダイヤモンド焼結体を作製した。得られた銅−ダイヤモンド焼結体を３８ｍｍ×３８ｍｍ×０．３ｍｍの大きさの直方体に研削加工した。【００４７】
Ａｌ−ＳｉＣ複合材料は、次のようにして製造された。【００４８】
平均粒径２５μｍのアルミニウム粉末と平均粒径５０μｍの炭化珪素粉末とを、炭化珪素粉末が６５質量％となるように配合し、ニーダーを用いて１時間混合した。この混合粉末を５ｔ／ｃｍ２の圧力でプレス成形し、４０ｍｍ×４０ｍｍ×１ｍｍの大きさの直方体の圧粉体を作製した。この圧粉体を温度７００℃で２時間、窒素雰囲気中で焼結することにより、アルミニウム−炭化珪素複合焼結体を作製した。得られたアルミニウム−炭化珪素複合焼結体を３８ｍｍ×３８ｍｍ×０．３ｍｍの大きさの直方体に機械加工した。【００４９】
表１中の「切断加工条件」は以下のとおりである。【００５０】
（放電加工１）：
図１の（Ａ）に示すようにＸ＝３８ｍｍ、Ｙ＝３８ｍｍ、Ｚ＝０．３ｍｍの大きさの素材１００を準備した。厚み（Ｚ）が０．３ｍｍになるように上下面をラッピングによって加工した。その後、図１の（Ｂ）に示すように、素材１００の相対的に面積の大きい主表面にほぼ平行に放電ワイヤ２００を配置して相対的に面積の小さい副表面を放電加工する。具体的には、直径０．２ｍｍの放電ワイヤ２００を矢印で示す方向に移動させることにより、素材１００を切断加工する。この場合、図２に示すように、治具４００で素材１００を挟み、ネジ止めにより固定した状態で、スリット４２０に放電ワイヤ２００を通過させて素材１００を放電加工により切断する。１箇所のスリット４２０での切断が終了すると、放電ワイヤ２００を自動切断し、隣のスリット４２０に移動させて自動結線して順次素材１００を放電加工により切断する。このとき、図１の（Ｃ）に示すように、放電ワイヤ２００を素材１００に対して一往復させることにより、切断加工を行う。このときの放電加工条件は、電圧４５Ｖ、電流５Ａ、放電ワイヤ移動速度１．０ｍｍ／分である。このようにして、図１の（Ｆ）に示すように一方向に等間隔で切断された素材５０を得る。その後、図２の治具４００を９０°回転させることにより、一方向に等間隔で切断された素材５０を９０°回転させて、図１の（Ｇ）に示すように素材５０の相対的に面積の大きい主表面にほぼ平行に放電ワイヤ２００を配置して相対的に面積の小さい副表面を放電加工する。このとき、同様にして図１の（Ｃ）に示すように、放電ワイヤ２００を素材５０に対して一往復させることにより、切断加工を行う。このようにして、図１の（Ｈ）に示すようにチップ化されたヒートシンク材１０を得る。図１の（Ｉ）に示すようにヒートシンク材１０は、ｘ＝１０ｍｍ、ｙ＝２ｍｍ、ｚ＝０．３ｍｍの大きさを有する。【００５１】
（放電加工２）：
図１の（Ａ）に示すようにＸ＝３８ｍｍ、Ｙ＝３８ｍｍ、Ｚ＝０．３ｍｍの大きさの素材１００を準備した。厚み（Ｚ）が０．３ｍｍになるように上下面をラッピングによって加工した。その後、図１の（Ｂ）に示すように、素材１００の相対的に面積の大きい主表面にほぼ平行に放電ワイヤ２００を配置して相対的に面積の小さい副表面を放電加工する。具体的には、直径０．２ｍｍの放電ワイヤ２００を矢印で示す方向に移動させることにより、素材１００を切断加工する。この場合、図２に示すように、治具４００で素材１００を挟み、ネジ止めにより固定した状態で、スリット４２０に放電ワイヤ２００を通過させて素材１００を放電加工により切断する。１箇所のスリット４２０での切断が終了すると、放電ワイヤ２００を自動切断し、隣のスリット４２０に移動させて自動結線して順次素材１００を放電加工により切断する。このとき、図１の（Ｄ）に示すように、放電ワイヤ２００を素材１００に対して二往復させることにより、素材１００の切断加工と、その切断加工によって得られた切断面の粗仕上げ加工を行う。このときの放電加工条件は、切断加工が電圧４５Ｖ、電流５Ａ、放電ワイヤ移動速度１．０ｍｍ／分、粗仕上げ加工が電圧６０Ｖ、電流０．５Ａ、放電ワイヤ移動速度１．０ｍｍ／分である。粗仕上げ加工におけるオフセット量は０．１２２ｍｍである。このようにして、図１の（Ｆ）に示すように一方向に等間隔で切断された素材５０を得る。その後、図２の治具４００を９０°回転させることにより、一方向に等間隔で切断された素材５０を９０°回転させて、図１の（Ｇ）に示すように素材５０の相対的に面積の大きい主表面にほぼ平行に放電ワイヤ２００を配置して相対的に面積の小さい副表面を放電加工する。このとき、同様にして図１の（Ｄ）に示すように、放電ワイヤ２００を素材５０に対して二往復させることにより、素材５０の切断加工と、その切断加工によって得られた切断面の粗仕上げ加工を行う。このようにして、図１の（Ｈ）に示すようにチップ化されたヒートシンク材１０を得る。図１の（Ｉ）に示すようにヒートシンク材１０は、ｘ＝１０ｍｍ、ｙ＝２ｍｍ、ｚ＝０．３ｍｍの大きさを有する。【００５２】
（放電加工３）：
図１の（Ａ）に示すようにＸ＝３８ｍｍ、Ｙ＝３８ｍｍ、Ｚ＝０．３ｍｍの大きさの素材１００を準備した。素材がＣｕ−Ｗ合金の場合、厚み（Ｚ）が０．３ｍｍになるように上下面をラッピングによって加工した。素材がＣｕ−ダイヤモンド、Ａｌ−ＳｉＣの場合、厚み（Ｚ）が０．３ｍｍになるように上下面を平面研削盤で研削加工した。その後、図１の（Ｂ）に示すように、素材１００の相対的に面積の大きい主表面にほぼ平行に放電ワイヤ２００を配置して相対的に面積の小さい副表面を放電加工する。具体的には、直径０．２ｍｍの放電ワイヤ２００を矢印で示す方向に移動させることにより、素材１００を切断加工する。この場合、図２に示すように、治具４００で素材１００を挟み、ネジ止めにより固定した状態で、スリット４２０に放電ワイヤ２００を通過させて素材１００を放電加工により切断する。１箇所のスリット４２０での切断が終了すると、放電ワイヤ２００を自動切断し、隣のスリット４２０に移動させて自動結線して順次素材１００を放電加工により切断する。このとき、図１の（Ｅ）に示すように、放電ワイヤ２００を素材１００に対して三往復させることにより、素材１００の切断加工と、その切断加工によって得られた切断面の粗仕上げ加工と、その切断面の最終仕上げ加工を行う。このときの放電加工条件は、切断加工が電圧４５Ｖ、電流５Ａ、放電ワイヤ移動速度１．０ｍｍ／分、粗仕上げ加工が電圧６０Ｖ、電流０．５Ａ、放電ワイヤ移動速度３．５ｍｍ／分、最終仕上げ加工が電圧１０Ｖ、電流５Ａ、放電ワイヤ移動速度５．５ｍｍ／分である。粗仕上げ加工、最終仕上げ加工におけるオフセット量は、それぞれ、０．１２２ｍｍ、０．１１０ｍｍである。このようにして、図１の（Ｆ）に示すように一方向に等間隔で切断された素材５０を得る。その後、図２の治具４００を９０°回転させることにより、一方向に等間隔で切断された素材５０を９０°回転させて、図１の（Ｇ）に示すように素材５０の相対的に面積の大きい主表面にほぼ平行に放電ワイヤ２００を配置して相対的に面積の小さい副表面を放電加工する。このとき、同様にして図１の（Ｅ）に示すように、放電ワイヤ２００を素材５０に対して三往復させることにより、素材５０の切断加工と、その切断加工によって得られた切断面の粗仕上げ加工と、その切断面の最終仕上げ加工を行う。このようにして、図１の（Ｈ）に示すようにチップ化されたヒートシンク材１０を得る。図１の（Ｉ）に示すようにヒートシンク材１０は、ｘ＝１０ｍｍ、ｙ＝２ｍｍ、ｚ＝０．３ｍｍの大きさを有する。【００５３】
（放電加工４）：
図１の（Ａ）に示すようにＸ＝３８ｍｍ、Ｙ＝３８ｍｍ、Ｚ＝０．３ｍｍの大きさの素材１００を準備した。厚み（Ｚ）が０．３ｍｍになるように上下面をラッピングによって加工した。その後、図１の（Ｂ）に示すように、素材１００の相対的に面積の大きい主表面にほぼ平行に放電ワイヤ２００を配置して相対的に面積の小さい副表面を放電加工する。具体的には、直径０．２ｍｍの放電ワイヤ２００を矢印で示す方向に移動させることにより、素材１００を切断加工する。この場合、図２に示すように、治具４００で素材１００を挟み、ネジ止めにより固定した状態で、スリット４２０に放電ワイヤ２００を通過させて素材１００を放電加工により切断する。１箇所のスリット４２０での切断が終了すると、放電ワイヤ２００を自動切断し、隣のスリット４２０に移動させて自動結線して順次素材１００を放電加工により切断する。このとき、図１の（Ｅ）に示すように、放電ワイヤ２００を素材１００に対して三往復させることにより、素材１００の切断加工と、その切断加工によって得られた切断面の粗仕上げ加工と、その切断面の最終仕上げ加工を行う。このときの放電加工条件は、切断加工が電圧９０Ｖ、電流１０Ａ、放電ワイヤ移動速度２．０ｍｍ／分、粗仕上げ加工が電圧１２０Ｖ、電流２Ａ、放電ワイヤ移動速度６ｍｍ／分、最終仕上げ加工が電圧２０Ｖ、電流１０Ａ、放電ワイヤ移動速度１０ｍｍ／分である。粗仕上げ加工、最終仕上げ加工におけるオフセット量は、それぞれ、０．１２２ｍｍ、０．１１０ｍｍである。このようにして、図１の（Ｆ）に示すように一方向に等間隔で切断された素材５０を得る。その後、図２の治具４００を９０°回転させることにより、一方向に等間隔で切断された素材５０を９０°回転させて、図１の（Ｇ）に示すように素材５０の相対的に面積の大きい主表面にほぼ平行に放電ワイヤ２００を配置して相対的に面積の小さい副表面を放電加工する。このとき、同様にして図１の（Ｅ）に示すように、放電ワイヤ２００を素材５０に対して三往復させることにより、素材５０の切断加工と、その切断加工によって得られた切断面の粗仕上げ加工と、その切断面の最終仕上げ加工を行う。このようにして、図１の（Ｈ）に示すようにチップ化されたヒートシンク材１０を得る。図１の（Ｉ）に示すようにヒートシンク材１０は、ｘ＝１０ｍｍ、ｙ＝２ｍｍ、ｚ＝０．３ｍｍの大きさを有する。【００５４】
（放電加工５）：
図１の（Ａ）に示すようにＸ＝３８ｍｍ、Ｙ＝３８ｍｍ、Ｚ＝０．３ｍｍの大きさの素材１００を準備した。厚み（Ｚ）が０．３ｍｍになるように上下面をラッピングによって加工した。その後、図１の（Ｂ）に示すように、素材１００の相対的に面積の大きい主表面にほぼ平行に放電ワイヤ２００を配置して相対的に面積の小さい副表面を放電加工する。具体的には、直径０．２ｍｍの放電ワイヤ２００を矢印で示す方向に移動させることにより、素材１００を切断加工する。この場合、図２に示すように、治具４００で素材１００を挟み、ネジ止めにより固定した状態で、スリット４２０に放電ワイヤ２００を通過させて素材１００を放電加工により切断する。１箇所のスリット４２０での切断が終了すると、放電ワイヤ２００を自動切断し、隣のスリット４２０に移動させて自動結線して順次素材１００を放電加工により切断する。このとき、図１の（Ｅ）に示すように、放電ワイヤ２００を素材１００に対して三往復させることにより、素材１００の切断加工と、その切断加工によって得られた切断面の粗仕上げ加工と、その切断面の最終仕上げ加工を行う。このときの放電加工条件は、切断加工が電圧４５Ｖ、電流５Ａ、放電ワイヤ移動速度１．０ｍｍ／分、粗仕上げ加工が電圧６０Ｖ、電流０．５Ａ、放電ワイヤ移動速度１．０ｍｍ／分、最終仕上げ加工が電圧３０Ｖ、電流２０Ａ、放電ワイヤ移動速度１５ｍｍ／分である。粗仕上げ加工、最終仕上げ加工におけるオフセット量は、それぞれ、０．１２２ｍｍ、０．１１０ｍｍである。このようにして、図１の（Ｆ）に示すように一方向に等間隔で切断された素材５０を得る。その後、図２の治具４００を９０°回転させることにより、一方向に等間隔で切断された素材５０を９０°回転させて、図１の（Ｇ）に示すように素材５０の相対的に面積の大きい主表面にほぼ平行に放電ワイヤ２００を配置して相対的に面積の小さい副表面を放電加工する。このとき、同様にして図１の（Ｅ）に示すように、放電ワイヤ２００を素材５０に対して三往復させることにより、素材５０の切断加工と、その切断加工によって得られた切断面の粗仕上げ加工と、その切断面の最終仕上げ加工を行う。このようにして、図１の（Ｈ）に示すようにチップ化されたヒートシンク材１０を得る。図１の（Ｉ）に示すようにヒートシンク材１０は、ｘ＝１０ｍｍ、ｙ＝２ｍｍ、ｚ＝０．３ｍｍの大きさを有する。【００５５】
（放電加工６）：
図５の（Ａ）に示すようにＸ＝３８ｍｍ、Ｙ＝３８ｍｍ、Ｚ＝０．３ｍｍの大きさの素材１００を準備した。厚み（Ｚ）が０．３ｍｍになるように上下面をラッピングによって加工した。その後、図５の（Ａ）に示すように、素材１００の相対的に面積の大きい主表面にほぼ垂直に放電ワイヤ２００を配置して相対的に面積の小さい副表面を放電加工する。具体的には、図５の（Ｂ）に示すように直径０．２ｍｍの放電ワイヤ２００を矢印で示す方向に移動させることにより、素材１００を切断加工する。このときの放電加工条件は、切断加工が電圧４５Ｖ、電流１０Ａ、放電ワイヤ移動速度３．０ｍｍ／分である。このようにして、図５の（Ｃ）に示すようにチップ化されたヒートシンク材１０を得る。図５の（Ｃ）に示すようにヒートシンク材１０の断面は、ｘ＝１０ｍｍ、ｙ＝２ｍｍの大きさを有するが、切り落とされる際に突起１０ａが残存する。【００５６】
このため、比較例２では、半導体レーザー素子チップをヒートシンク材１０の上に搭載することができなかった。【００５７】
（ダイシング加工）：
図４の（Ａ）に示すようにＸ＝３８ｍｍ、Ｙ＝３８ｍｍ、Ｚ＝０．３ｍｍの大きさの素材１００を準備した。厚み（Ｚ）が０．３ｍｍになるように上下面をラッピングによって加工した。その後、図４の（Ａ）に示すように、素材１００の相対的に面積の大きい主表面にほぼ垂直に回転砥石またはダイシングブレード（ダイヤモンドブレード）３００を配置して切断加工する。このようにして、図４の（Ｂ）に示すように一方向に等間隔で切断された素材５０を得る。その後、一方向に等間隔で切断された素材５０を９０°回転させて、図４の（Ｃ）に示すように素材５０の相対的に面積の大きい主表面にほぼ垂直に回転砥石またはダイシングブレード３００を配置して切断加工する。このようにして、図４の（Ｄ）に示すようにチップ化されたヒートシンク材１０を得る。得られたヒートシンク材１０をバレルポットに装入し、ダミーパウダーまたは石と混合してバレル研削を行うことにより、切断面のバリを落とす。図４の（Ｅ）に示すようにヒートシンク材１０は、ｘ＝１０ｍｍ、ｙ＝２ｍｍ、ｚ＝０．３ｍｍの大きさを有する。【００５８】
比較例３では、Ｃｕ−ダイヤモンド複合材料からなる素材をダイシング加工によって切断することができなかった。また、Ｃｕ−ダイヤモンド複合材料からなる素材をレーザー光で切断することを試みたが、切断面のエッジ部に存在するダイヤモンド粒子がグラファイト化し、後工程でニッケル膜の蒸着や金−スズ合金の半田層を形成しても、良好な密着性を得ることができなかった。【００５９】
以上のようにして得られた各試料のヒートシンク材１０の端面形状を観察して評価した。その結果（バリの有無、ダレの大きさ、欠損部（欠け）の大きさと個数）を表１に示す。【００６０】
図３に示すように、作製された各試料のヒートシンク材１０の主表面と副表面を覆うように厚みが１μｍのニッケル（Ｎｉ）メッキ層またはニッケル蒸着層１１を形成した後、このニッケルメッキ層またはニッケル蒸着層１１の上に厚みが０．２μｍの白金（Ｐｔ）膜１２を蒸着した。さらに、白金膜１２の上で、下面の主表面上と、この下面の主表面に連続する側面としての副表面上には、厚みが０．６μｍの金（Ａｕ）膜１３を蒸着した。そして、白金膜１２と金膜１３の上で、半導体レーザ素子チップを搭載する側の上面の主表面上と、この上面の主表面に連続する側面としての副表面上には、厚みが３．０μｍの金−スズ（Ａｕ−Ｓｎ）合金の半田層１４を蒸着により形成した。このようにして、ヒートシンク１を作製した。【００６１】
その後、図６の（Ａ）に示すように、銅の基材３の上にヒートシンク１を加熱接合し、ヒートシンク１の上に半田層１４を介して、母材がガリウム砒素化合物半導体材料（線膨張係数：５．９×１０−６／Ｋ）からなるバーレーザー用半導体レーザー素子チップ２を加熱接合により固着させることによって搭載した。このとき、図６の（Ｂ）に示すように、ヒートシンク１の稜部（エッジ部）に整合するように半導体レーザー素子チップ２をヒートシンク１の上に搭載した。より具体的には、半導体レーザー素子チップ２の発光層（活性層）の端面が、ヒートシンク１の主表面と副表面とが交差してなる稜部から１０μｍ以内の距離隔てた主表面の上に位置づけられるように、ヒートシンク１の上に半導体レーザー素子チップ２を搭載した。このようにして半導体レーザー装置を構成した。【００６２】
図６の（Ａ）に示されるように、銅の基材３には、他の部材に固定するための固定穴３ａが設けられている。図６の（Ａ）、（Ｂ）および（Ｃ）において、レーザー光は矢印Ｌで示される方向に出射される。レーザー光の出射口２ａは、約１００μｍピッチの間隔で半導体レーザー素子チップ２の発光層に配列されて形成されている。【００６３】
図６の（Ｃ）に示すように、レーザー光の出射口２ａの直下においてヒートシンク１の端面に大きな欠損部（欠け）１ａが存在すると、発生した熱が放散し難くなるので、半導体レーザー素子チップ２からヒートシンク１への放熱が妨げられる。また、図６の（Ｄ）に示すように、ヒートシンク１の主表面と副表面とが交差してなるエッジ部（稜部）において近似される曲率半径（端面におけるダレ）１ｂが大きい場合、レーザー発光層（活性層）直下からヒートシンク１への放熱が妨げられる。さらに、図６の（Ｅ）に示すように、ヒートシンク１の主表面と副表面とが交差してなるエッジ部（稜部）、すなわち端面においてバリ１ｃがある場合、半導体レーザー素子チップ２とヒートシンク１の主表面との間に隙間が存在するため、半導体レーザー素子チップ２からヒートシンク１への放熱が妨げられる。【００６４】
得られた半導体レーザー装置を用いて、投入電流５０Ａ、投入電圧４Ｖの条件で各試料のレーザー光の最高出力（Ｗ）と、その最高出力を保持できる時間を寿命として測定した。その結果を表１に示す。【００６５】
【表１】
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【００６６】
表１に示される結果から、ヒートシンク材が少なくとも、主表面にほぼ平行に放電ワイヤを配置して副表面を放電加工することによって得られた端面を有する実施例１〜９であれば、切断面のバリを落とすための研削加工等の後処理加工を施すことなく、半導体レーザー素子チップをヒートシンクの上に搭載することができ、さらに端面を放電加工することにより、実施例１〜７に示すように、ヒートシンク材において曲率半径と欠損部が小さい稜部（エッジ部）を得ることができ、エッジ部においてバリの発生を抑制することができる。すなわち、ヒートシンク材の主表面と副表面とが交差してなるエッジ部（稜部）において近似される曲率半径（ダレＲ）を３０μｍ以下にすることができ、幅が３０μｍ以下、長さが５０μｍ以下の欠損部（欠け）を稜部の長さ１ｍｍ当たり１０個以下にすることができ、エッジ部においてバリの発生を抑制することができる。その結果、レーザー発光層の端面がヒートシンク材のエッジ部に整合するようにレーザー素子がヒートシンク材の上に搭載されるとき、レーザー発光層（活性層）直下からヒートシンク材への放熱を効果的に行うことができるので、レーザー光の最高出力を増大させることができるとともに、その最高出力を保持することが可能な時間、すなわちレーザー素子の寿命を延ばすことができる。【００６７】
以上に開示された実施の形態と実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考慮されるべきである。本発明の範囲は、以上の実施の形態や実施例ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての修正や変形を含むものである。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
この発明によれば、少なくともレーザー素子を搭載するためのエッジ部を形成することが可能な端面を有するヒートシンク材を得ることができ、このヒートシンク材を用いてさらに放電加工することにより、曲率半径と欠損部が小さいエッジ部を得ることができ、エッジ部においてバリの発生を抑制することができるので、レーザー素子からヒートシンク材への放熱性を高めることができる。このため、この発明のヒートシンク材は、バーレーザー用半導体レーザー素子（レーザーダイオード（ＬＤ））のヒートシンク材に用いるのが好適である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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