発光ダイオード、発光ダイオードランプ及び発光ダイオードの製造方法
【課題】放熱性に優れ、接合の際の基板の割れを抑制でき、高電圧を印加して、高輝度で発光させることのできる発光ダイオード、発光ダイオードランプ及び発光ダイオードの製造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】発光層２を含む発光部３にヒートシンク基板５が接合された発光ダイオード１であって、ヒートシンク基板５は、第１の金属層２１と第２の金属層２２とが交互に積層されてなり、第１の金属層２１は、熱伝導率が１３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であって、熱膨張係数が発光部３の材料と略等しい材料からなり、第２の金属層２２は、熱伝導率が２３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上である材料からなる発光ダイオード１を用いることにより、上記課題を解決できる。
【解決手段】発光層２を含む発光部３にヒートシンク基板５が接合された発光ダイオード１であって、ヒートシンク基板５は、第１の金属層２１と第２の金属層２２とが交互に積層されてなり、第１の金属層２１は、熱伝導率が１３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であって、熱膨張係数が発光部３の材料と略等しい材料からなり、第２の金属層２２は、熱伝導率が２３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上である材料からなる発光ダイオード１を用いることにより、上記課題を解決できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光ダイオード、発光ダイオードランプ及び発光ダイオードの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
赤色、橙色、黄色或いは黄緑色などの可視光を発する発光ダイオード（英略称：ＬＥＤ）として、例えば、燐化アルミニウム・ガリウム・インジウム（組成式（ＡｌＸＧａ１−Ｘ）ＹＩｎ１−ＹＰ；０≦Ｘ≦１，０＜Ｙ≦１）からなる発光層を有する発光部と、前記発光部が形成された基板と、を備えた化合物半導体ＬＥＤが知られている。
【０００３】
前記基板としては、一般に、前記発光層から出射される光に対し光学的に不透明であり、また機械的にもそれ程強度のない砒化ガリウム（ＧａＡｓ）等が用いられている。
しかし、最近では、より高輝度の可視光発光ダイオードを得るために、また、発光素子の機械的強度の更なる向上を目的として、前記基板を除去して、然る後、発光光を透過または反射し、尚且つ機械強度的に優れる材料からなる支持体層（基板）を接合させている。
例えば、特許文献１〜７には、前記発光層に前記支持体層（基板）を改めて接合させる技術（接合型ＬＥＤ形成技術）が開示されている。さらにまた、特許文献８には、前記接合技術に関連する技術が開示され、金属層と反射層とを接着した有機接着層にオーミック金属を埋め込んだ発光素子が開示されている。
【０００４】
前記接合型ＬＥＤ形成技術の開発により、発光部に接合させる基板の自由度が増えており、たとえば、放熱性の高い金属、セラミックなどからなるヒートシンク基板を用いることができている。前記基板としてヒートシンク基板を用いることにより、前記発光部からの放熱性を確保して、発光層の劣化を抑制し、長寿命とすることができる。
特に、高電流に耐えて高輝度で光らせる必要がある高出力用の発光ダイオードは、従来のものに比べて発熱量が多く、放熱性の確保がより課題となっている。そのため、発光部にヒートシンク基板を接合させることは、発光ダイオードの長寿命化により有用とされる。
【０００５】
しかしながら、放熱性の高い金属、セラミックなどからなるヒートシンク基板は、その熱膨張係数が、発光部の熱膨張係数と大きく異なり、発光部にヒートシンク基板を接合した時や、その後の熱処理工程などに於いて、発光部および／またはヒートシンク基板に割れが発生する場合を生じた。これにより、大きく発光ダイオードの製造歩留まりを低下させる場合があった。
【０００６】
ヒートシンク基板として、その熱膨張係数が、前記発光部の熱膨張係数の１ｐｐｍ／Ｋ以内であり、その熱伝導率が２００Ｗ／Ｋ以上である材料を用いることができれば、熱処理工程などに於いて割れなどの発生を抑制できるとともに放熱性を十分確保できる。しかし、そのような熱膨張係数と熱伝導率の特性を両立できる材料はなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第３２３０６３８号公報
【特許文献２】特開平６−３０２８５７号公報
【特許文献３】特開２００２−２４６６４０号公報
【特許文献４】特許第２５８８８４９号公報
【特許文献５】特開２００１−５７４４１号公報
【特許文献６】特開２００７−８１０１０号公報
【特許文献７】特開２００６−３２９５２号公報
【特許文献８】特開２００５−２３６３０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記事情を鑑みてなされたもので、放熱性に優れ、接合の際の基板の割れを抑制でき、高電圧を印加して、高輝度で発光させることのできる発光ダイオード、発光ダイオードランプ及び発光ダイオードの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するために、本発明は以下の構成を採用した。すなわち、
（１）本発明の発光ダイオードは、発光層を含む発光部にヒートシンク基板が接合された発光ダイオードであって、前記ヒートシンク基板は、第１の金属層と第２の金属層とが交互に積層されてなり、前記第１の金属層は、熱伝導率が１３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であって、熱膨張係数が前記発光部の材料と略等しい材料からなり、前記第２の金属層は、熱伝導率が２３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上である材料からなることを特徴とする。
【００１０】
（２）本発明の発光ダイオードは、前記第１の金属層の材料が、前記発光部の熱膨張係数の±１．５ｐｐｍ／Ｋ以内となる熱膨張係数を有する材料であることを特徴とする。
（３）本発明の発光ダイオードは、前記第１の金属層が、モリブデン、タングステンまたはこれらの合金からなることを特徴とする。
（４）本発明の発光ダイオードは、前記第２の金属層が、アルミニウム、銅、銀、金またはこれらの合金からなることを特徴とする。
【００１１】
（５）本発明の発光ダイオードは、前記第１の金属層がモリブデンからなり、前記第２の金属層が銅からなり、前記第１の金属層と前記第２の金属層との層の数が合わせて３層以上９層以下とされていることを特徴とする。
（６）本発明の発光ダイオードは、前記第１の金属層がモリブデンからなり、前記第１の金属層の合わせた厚さが、前記ヒートシンク基板の厚さの１５％以上４５％以下であることを特徴とする。
（７）本発明の発光ダイオードは、前記発光部と前記ヒートシンク基板との間に反射構造体が備えられていることを特徴とする。
【００１２】
（８）本発明の発光ダイオードは、前記発光層が、ＡｌＧａＩｎＰ層またはＡｌＧａＡｓ層を含むことを特徴とする。
（９）本発明の発光ダイオードは、前記発光層が、平面視したときに対角線の長さが１ｍｍ以上の略矩形状であり、前記発光層に１Ｗ以上の電力を加えて発光させることを特徴とする。
（１０）本発明の発光ダイオードは、前記ヒートシンク基板の前記発光部と反対側の面が銅からなり、前記ヒートシンク基板の前記発光部と反対側の面と側面とを覆うように金属積層膜が形成されていることを特徴とする。
【００１３】
（１１）本発明の発光ダイオードランプは、先に記載の発光ダイオードと、前記発光ダイオードを搭載するパッケージ基板とを有する発光ダイオードランプであって、前記パッケージ基板の熱抵抗が１０℃／Ｗ以下であることを特徴とする。
（１２）本発明の発光ダイオードランプは、前記発光ダイオードの発光層に１Ｗ以上の電力を加えて発光させることを特徴とする。
【００１４】
（１３）本発明の発光ダイオードの製造方法は、半導体基板に緩衝層を介して発光層を含む発光部を形成した後、前記発光部の前記半導体基板と反対側の面に第２の電極を形成する工程と、前記発光部の前記半導体基板と反対側の面に前記第２の電極を介して反射構造体を形成する工程と、前記発光部に前記反射構造体を介してヒートシンク基板を接合する工程と、前記半導体基板および前記緩衝層を除去する工程と、前記発光部の前記ヒートシンク基板と反対側の面に第１の電極を形成する工程と、を有することを特徴とする。
【００１５】
（１４）本発明の発光ダイオードの製造方法は、前記ヒートシンク基板を、熱伝導率が１３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であって、熱膨張係数が前記発光部と略等しい第１の金属層と、熱伝導率が２３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の第２の金属層と、を高温下で圧着して形成することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
上記の構成によれば、放熱性に優れ、接合の際の基板の割れを抑制でき、高電圧を印加して、高輝度で発光させることのできる発光ダイオード、発光ダイオードランプ及び発光ダイオードの製造方法を提供することができる。
【００１７】
本発明の発光ダイオードは、発光層を含む発光部にヒートシンク基板が接合された発光ダイオードであって、前記ヒートシンク基板は、第１の金属層と第２の金属層とが交互に積層されてなり、前記第１の金属層は、熱伝導率が１３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であって、熱膨張係数が前記発光部の材料と略等しい材料からなり、前記第２の金属層は、熱伝導率が２３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上である材料からなる構成なので、放熱性に優れ、接合の際の基板の割れを抑制でき、高電圧を印加して、高輝度で発光させることができる。
【００１８】
本発明の発光ダイオードランプは、先に記載の発光ダイオードと、前記発光ダイオードを搭載するパッケージ基板とを有する発光ダイオードランプであって、前記パッケージ基板の熱抵抗が１０℃／Ｗ以下である構成なので、放熱性に優れ、高電圧を印加して、高輝度で発光させることができる。
【００１９】
本発明の発光ダイオードの製造方法は、半導体基板に緩衝層を介して発光層を含む発光部を形成した後、前記発光部の前記半導体基板と反対側の面に第２の電極を形成する工程と、前記発光部の前記半導体基板と反対側の面に前記第２の電極を介して反射構造体を形成する工程と、前記発光部に前記反射構造体を介してヒートシンク基板を接合する工程と、前記半導体基板および前記緩衝層を除去する工程と、前記発光部の前記ヒートシンク基板と反対側の面に第１の電極を形成する工程と、を有する構成なので、放熱性に優れ、接合の際の基板の割れを抑制でき、高電圧を印加して、高輝度で発光させることのできる発光ダイオードを製造できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施形態である発光ダイオードの一例を示す断面図である。
【図２】本発明の実施形態である発光ダイオードに用いるヒートシンク基板の製造工程の一例を示す工程断面図である。
【図３】本発明の実施形態である発光ダイオードの製造工程の一例を示す工程断面図である。
【図４】本発明の実施形態である発光ダイオードの製造工程の一例を示す工程断面図である。
【図５】本発明の実施形態である発光ダイオードの製造工程の一例を示す工程断面図である。
【図６】本発明の実施形態である発光ダイオードの製造工程の一例を示す工程断面図である。
【図７】本発明の実施形態である発光ダイオードの製造工程の一例を示す工程断面図である。
【図８】本発明の実施形態である発光ダイオードの製造工程の一例を示す工程断面図である。
【図９】本発明の実施形態である発光ダイオードランプの一例を示す断面図である。
【図１０】本発明の実施形態である発光ダイオードの別の一例を示す断面図である。
【図１１】本発明の実施形態である発光ダイオードの別の一例を示す断面図である。
【図１２】本発明の実施形態である発光ダイオードの別の一例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明を実施するための形態について説明する。
（第１の実施形態）
＜発光ダイオード＞
図１は、本発明の実施形態である発光ダイオードの一例を示す図である。
図１に示すように、本発明の実施形態である発光ダイオード（ＬＥＤ）１は、発光層２を含む発光部３と、反射構造体４を介して発光部３に接合されたヒートシンク基板５と、を有している。また、発光部３の反射構造体４と反対側の面３ａには第１の電極６が備えられ、発光部３の反射構造体４側の面３ｂには第２の電極８が備えられている。
【００２２】
＜発光部＞
発光部３は、発光層２を含む化合物半導体積層構造体であって、複数のエピタキシャル成長させた層を積層してなるエピタキシャル積層構造体である。
発光部３としては、たとえば、発光効率が高く、基板接合技術が確立されているＡｌＧａＩｎＰ層またはＡｌＧａＡｓ層などを利用できる。ＡｌＧａＩｎＰ層は、一般式（ＡｌＸＧａ１−Ｘ）ＹＩｎ１−ＹＰ（０≦Ｘ≦１，０＜Ｙ≦１）で表される材料からなる層である。この組成は、発光ダイオードの発光波長に応じて、決定される。赤および赤外発光の発光ダイオードを作製する際に用いられるＡｌＧａＡｓ層の場合も同様に、構成材料の組成は発光ダイオードの発光波長に応じて決定される。
発光部３は、ｎ型またはｐ型の何れか一の伝導型の化合物半導体であり、内部でｐｎ接合が形成される。なお、発光部３の表面の極性はｐ型、ｎ型のどちらでもよい。
【００２３】
図１に示すように、発光部３は、たとえば、コンタクト層１２ｂと、クラッド層１０ａと、発光層２と、クラッド層１０ｂと、ＧａＰ層１３とからなる。
コンタクト層１２ｂは、オーミック（Ｏｈｍｉｃ）電極の接触抵抗を下げるため層であり、例えば、Ｓｉドープしたｎ型の（Ａｌ０．５Ｇａ０．５）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなり、キャリア濃度を２×１０１８ｃｍ−３とし、層厚を１．５μｍとする。
また、クラッド層１０ａは、例えば、Ｓｉをドープしたｎ型の（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなり、キャリア濃度を８×１０１７ｃｍ−３とし、層厚を１μｍとする。
【００２４】
発光層２は、例えば、アンドープの（Ａｌ０．２Ｇａ０．８）０．５Ｉｎ０．５Ｐ／（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐの１０対の積層構造からなり、層厚を０．８μｍとする。
発光層２は、ダブルへテロ構造（Ｄｏｕｂｌｅ Ｈｅｔｅｒｏ：ＤＨ）、単一量子井戸構造（Ｓｉｎｇｌｅ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｗｅｌｌ：ＳＱＷ）または多重量子井戸構造（Ｍｕｌｔｉ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｗｅｌｌ：ＭＱＷ）などの構造を有する。ここで、ダブルへテロ構造は、放射再結合を担うキャリアを閉じ込められる構造である。また、量子井戸構造は、井戸層と、前記井戸層を挟む２つの障壁層を有する構造であって、ＳＱＷは井戸層が１つのものであり、ＭＱＷは井戸層が２以上のものである。発光部３の形成方法としては、ＭＯＣＶＤ法などを用いることができる。
発光層２から単色性に優れる発光を得るためには、特に、発光層２としてＭＱＷ構造を用いることが好ましい。
【００２５】
クラッド層１０ｂは、例えば、Ｍｇをドープしたｐ型の（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなり、キャリア濃度を２×１０１７ｃｍ−３とし、層厚を１μｍとする。
また、ＧａＰ層１３は、例えば、Ｍｇをドープしたｐ型ＧａＰ層であり、キャリア濃度を３×１０１８ｃｍ−３とし、層厚を３μｍとする。
【００２６】
発光部３の構成は、上記に記載した構造に限られるものではなく、たとえば、素子駆動電流を発光部３の全般に平面的に拡散させる電流拡散層や、素子駆動電流の通流する領域を制限するための電流阻止層または電流狭窄層などを有していてもよい。
【００２７】
＜第１の電極、第２の電極＞
第１の電極６および第２の電極８はそれぞれオーミック電極であり、それらの形状および配置は、発光部３に電流を均一に拡散させるものであればよく、特に限定されない。たとえば、平面視したときに円状または矩形状の電極を用いることができ、一個の電極として配置することも、複数の電極を格子状に配置することもできる。
【００２８】
第１の電極６の材料としては、コンタクト層１２ｂとしてｎ型の化合物半導体を用いた場合には、たとえば、ＡｕＧｅ、ＡｕＳｉなどを用いることができ、コンタクト層１２ｂとしてｐ型の化合物半導体を用いた場合には、たとえば、ＡｕＢｅ、ＡｕＺｎなどを用いることができる。
また、更にその上にＡｕなどを積層して、酸化を防止させるとともに、ワイヤーボンディングを向上させることができる。
【００２９】
第２の電極８の材料としては、ＧａＰ層１３としてｎ型の化合物半導体を用いた場合には、たとえば、ＡｕＧｅ、ＡｕＳｉなどを用いることができ、ＧａＰ層１３としてｐ型の化合物半導体を用いた場合には、たとえば、ＡｕＢｅ、ＡｕＺｎなどを用いることができる。
【００３０】
＜反射構造体＞
図１に示すように、発光部３の反射構造体４側の面３ｂには、第２の電極８を覆うように反射構造体４が形成されている。反射構造体４は、金属膜１５と透明導電膜１４とが積層されてなる。
【００３１】
金属膜１５は、銅、銀、金、アルミニウムなどの金属およびそれらの合金などにより構成されている。これらの材料は光反射率が高く、反射構造体４からの光反射率を９０％以上とすることができる。金属膜１５を形成することにより、発光層２からの光を金属膜１５で正面方向ｆへ反射させて、正面方向ｆでの光取り出し効率を向上させることができる。これにより、発光ダイオードをより高輝度化できる。
【００３２】
金属膜１５は、たとえば、透明導電膜１４側からＡｇ合金／Ｗ／Ｐｔ／Ａｕ／接続用金属からなる積層構造とされる。
金属膜１５の発光部３と反対側の面１５ｂに形成された前記接続用金属は、電気抵抗が低く、低温で溶融する金属である。前記接続用金属を用いることにより、発光部３に熱ストレスを与えることなく、ヒートシンク基板を接続できる。
接続用金属としては、化学的に安定で、融点の低いＡｕ系の共晶金属などを用いられる。前記Ａｕ系の共晶金属としては、たとえば、ＡｕＳｎ、ＡｕＧｅ、ＡｕＳｉなどの合金の共晶組成（Ａｕ系の共晶金属）を挙げることができる。
また、接続用金属には、チタン、クロム、タングステンなどの金属を添加することが好ましい。これにより、チタン、クロム、タングステンなどの金属がバリヤ金属として機能して、ヒートシンク基板に含まれる不純物などが金属膜１５側に拡散して、反応することを抑制できる。
【００３３】
透明導電膜１４は、ＩＴＯ膜、ＩＺＯ膜などにより構成されている。なお、反射構造体４は、金属膜１５だけで構成してもよい。
また、透明導電膜１４の代わりに、または、透明導電膜１４とともに、透明な材料の屈折率差を利用したいわゆるコールドミラー、例えば、酸化チタン膜、酸化ケイ素膜の多層膜や白色のアルミナ、ＡｌＮを用いて、金属膜１５に組み合わせてもよい。
【００３４】
＜ヒートシンク基板＞
反射構造体４を構成する金属膜１５の発光部３と反対側の面１５ｂに、ヒートシンク基板５の接合面５ａが接合されている。
ヒートシンク基板５の厚さは、５０μｍ以上１５０μｍ以下とすることが好ましい。
ヒートシンク基板５の厚さが１５０μｍより厚い場合には、発光ダイオードの製造コストが上昇して好ましくない。また、ヒートシンク基板５の厚さが５０μｍより薄い場合には、ハンドリング時に割れ、かけ、反りなどが容易に生じて、製造歩留まりを低下させるおそれが発生する。
【００３５】
ヒートシンク基板５は、第１の金属層２１と第２の金属層２２とが交互に積層されてなる。
ヒートシンク基板１枚あたりの第１の金属層２１と第２の金属層２２の層数は、合わせて３〜９層とすることが好ましく、３〜５層とすることがより好ましい。
第１の金属層２１と第２の金属層２２の層数を合わせて２層とした場合には、厚さ方向での熱膨張が不均衡となり、ヒートシンク基板５の割れが発生するおそれが発生する。逆に、第１の金属層２１と第２の金属層２２の層数を合わせて９層より多くした場合には、第１の金属層２１と第２の金属層２２の層の厚さをそれぞれ薄くする必要が生じる。第１の金属層２１または第２の金属層２２からなる単層基板を層の厚さを薄くして作製することは困難であり、各層の厚さを不均一にして、発光ダイオードの特性をばらつかせるおそれが発生する。さらに、層の厚さを薄くした前記単層基板は、容易に基板の割れを発生させる。さらにまた、前記単層基板の製造が困難であることから、発光ダイオードの製造コストを悪化させるおそれも生じる。
なお、第１の金属層２１と第２の金属層２２の層数は、合わせて奇数とすることがより好ましい。
【００３６】
＜第１の金属層＞
第１の金属層２１は、熱伝導率が１３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることが好ましい。これにより、ヒートシンク基板５の放熱性を高くして、発光ダイオード１を高輝度で発光させることができるとともに、発光ダイオード１の寿命を長寿命とすることができる。
【００３７】
また、第１の金属層２１は、その熱膨張係数が発光部３の熱膨張係数と略等しい材料からなることが好ましい。特に、第１の金属層２１の材料が、発光部３の熱膨張係数の±１．５ｐｐｍ／Ｋ以内である熱膨張係数を有する材料であることが好ましい。これにより、接合時の発光部３への熱によるストレスを小さくすることができ、ヒートシンク基板５を発光部３と接続させたときの熱によるヒートシンク基板５の割れを抑制することができ、発光ダイオードの製造歩留まりを向上させることができる。
【００３８】
たとえば、発光部３としてＡｌＧａＩｎＰ層（熱膨張係数＝約５．３ｐｐｍ／Ｋ）を用いた場合には、第１の金属層２１としてモリブデン（熱膨張係数＝５．１ｐｐｍ／Ｋ）、タングステン（熱膨張係数＝４．３ｐｐｍ／Ｋ）およびこれらの合金などを用いることが好ましい。
また、モリブデンの熱伝導率は１３８Ｗ／ｍ・Ｋであり、タングステンの熱伝導率は１７４Ｗ／ｍ・Ｋであり、１３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であった。
【００３９】
第１の金属２１の合計の厚さは、ヒートシンク基板５の厚さの１０％以上４５％以下であることが好ましく、２０％以上４０％以下であることがより好ましく、２５％以上３５％以下であることが更に好ましい。第１の金属２１の合計の厚さがヒートシンク基板５の厚さの４５％を超える場合は、熱伝導率が高い第２の金属層２２の効果が小さくなり、ヒートシンク機能が低下する。逆に、第１の金属２１の厚さがヒートシンク基板５の厚さの１０％未満の場合は、第１の金属２１がほとんど機能せず、ヒートシンク基板５を発光部３と接続させたときの熱によるヒートシンク基板５の割れを抑制できない。つまり、第２の金属層２２と発光部３との間の大きな熱膨張係数の差により、熱によるヒートシンク基板５の割れを発生させて、接合不良発生を招く場合が生じる。
特に、第１の金属層２１としてモリブデンを用いた場合には、モリブデンの合計の厚さが、ヒートシンク基板５の厚さの１５％以上４５％以下であることが好ましく、２０％以上４０％以下であることがより好ましく、２５％以上３５％以下であることが更に好ましい。
第１の金属層２１の厚みは、１０μｍ以上４０μｍ以下とすることが好ましく、２０μｍ以上３０μｍ以下とすることがより好ましい。
【００４０】
＜第２の金属層＞
第２の金属層２２は、少なくとも第１の金属層２１よりも熱伝導率が高い材料が好ましく、熱伝導率が２３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上である材料からなることがより好ましい。これにより、ヒートシンク基板５の放熱性をより高くして、発光ダイオード１をより高輝度で発光させることができるとともに、発光ダイオード１の寿命をより長寿命とすることができる。
【００４１】
第２の金属２２としては、たとえば、銀（熱伝導率＝４２０Ｗ／ｍ・Ｋ）、銅（熱伝導率＝３９８Ｗ／ｍ・Ｋ）、金（熱伝導率＝３２０Ｗ／ｍ・Ｋ）、アルミニウム（熱伝導率＝２３６Ｗ／ｍ・Ｋ）およびこれらの合金などを用いることが好ましい。
第２の金属層２２の厚みは、１０μｍ以上４０μｍ以下とすることが好ましく、２０μｍ以上４０μｍ以下とすることがより好ましい。
なお、第２の金属層２２の厚みと第１の金属層２１の厚みとは異なっていてもよい。さらに、ヒートシンク基板５が複数の第１の金属層２１と第２の金属層２２により形成される場合に、各層の厚みはそれぞれ異なっていてもよい。
【００４２】
なお、ヒートシンク基板５の接合面５ａに、電気的接触を安定化させる接合補助膜、または、ダイボンド用の共晶金属を形成してもよい。これにより、接合工程を簡便に行うことができる。前記接合補助膜としては、Ａｕ、ＡｕＳｎなどを用いることができる。
【００４３】
なお、発光部３にヒートシンク基板５を接合する方法は、上記に記載した方法に限られるものではなく、たとえば、拡散接合、接着剤、常温接合方法など公知の技術を適用することもできる。
【００４４】
本発明の実施形態である発光ダイオード１は、発光層２を含む発光部３にヒートシンク基板５が接合された発光ダイオード１であって、ヒートシンク基板５は、第１の金属層２１と第２の金属層２２とが交互に積層されてなり、第１の金属層２１は、熱伝導率が１３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であって、熱膨張係数が発光部３の材料と略等しい材料からなり、第２の金属層２２は、熱伝導率が２３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上である材料からなる構成なので、放熱性に優れ、接合の際の基板の割れを抑制でき、高電圧を印加して、高輝度で発光させることができる。
【００４５】
本発明の実施形態である発光ダイオード１は、第１の金属層２１の材料が、発光部３の熱膨張係数の±１．５ｐｐｍ／Ｋ以内となる熱膨張係数を有する材料である構成なので、放熱性に優れ、接合の際の基板の割れを抑制でき、高電圧を印加して、高輝度で発光させることができる。
【００４６】
本発明の実施形態である発光ダイオード１は、第１の金属層２１が、モリブデン、タングステンまたはこれらの合金からなる構成なので、放熱性に優れ、接合の際の基板の割れを抑制でき、高電圧を印加して、高輝度で発光させることができる。
【００４７】
本発明の実施形態である発光ダイオード１は、第２の金属層２２が、アルミニウム、銅、銀、金またはこれらの合金からなる構成なので、放熱性に優れ、接合の際の基板の割れを抑制でき、高電圧を印加して、高輝度で発光させることができる。
【００４８】
本発明の実施形態である発光ダイオード１は、第１の金属層２１がモリブデンからなり、第２の金属層２２が銅からなり、第１の金属層２１と第２の金属層２２との層の数が合わせて３層以上９層以下とされている構成なので、放熱性に優れ、接合の際の基板の割れを抑制でき、高電圧を印加して、高輝度で発光させることができる。
第１の金属層２１の位置に第２の金属層２２を配置し、第２の金属層２２の位置に第１の金属層２１を配置しても良い。上記の実施形態の場合、第１の金属層２１の位置に銅からなる層を配置し、第２の金属層２２の位置にモリブデンからなる層を配置しても、同様の効果が得られる。
【００４９】
＜発光ダイオードの製造方法＞
次に、本発明の実施形態である発光ダイオードの製造方法について説明する。
本発明の実施形態である発光ダイオードの製造方法は、ヒートシンク基板の製造工程と、半導体基板に緩衝層を介して発光層を含む発光部を形成した後、前記発光部の前記半導体基板と反対側の面に第２の電極を形成する工程と、前記発光部の前記半導体基板と反対側の面に前記第２の電極を介して反射構造体を形成する工程と、前記発光部に前記反射構造体を介してヒートシンク基板を接合する工程と、前記半導体基板および前記緩衝層を除去する工程と、前記発光部の前記ヒートシンク基板と反対側の面に第１の電極を形成する工程と、を有する。
まず、ヒートシンク基板の製造工程について説明する。
【００５０】
＜ヒートシンク基板の製造工程＞
ヒートシンク基板５は、熱伝導率が１３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であって、熱膨張係数が前記発光部と略等しい第１の金属層と、熱伝導率が２３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の第２の金属層と、をホットプレスして形成する。
【００５１】
まず、２枚の略平板状の第１の金属板２１と、１枚の略平板状の第２の金属板２２を用意する。たとえば、第１の金属板２１としては厚さ２５μｍのＭｏを用い、第２の金属板２２としては厚さ７０μｍのＣｕを用いる。
次に、図２（ａ）に示すように、前記２枚の第１の金属板２１の間に前記第２の金属板２２を挿入してこれらを重ねて配置する。
【００５２】
次に、所定の加圧装置に前記基板を配置して、高温下で、第１の金属板２１と第２の金属板２２に矢印の方向に荷重をかける。これにより、図２（ｂ）に示すように、第１の金属層２１がＭｏであり、第２の金属層２２がＣｕであり、Ｍｏ（２５μｍ）／Ｃｕ（７０μｍ）／Ｍｏ（２５μｍ）の３層からなるヒートシンク基板５を形成する。
ヒートシンク基板５は、たとえば、熱膨張係数が５．７ｐｐｍ／Ｋとなり、熱伝導率は２２０Ｗ／ｍ・Ｋとなる。
【００５３】
なお、この後、発光部（ウェーハ）３の接合面の大きさに合わせて切断した後、表面を鏡面加工してもよい。
また、ヒートシンク基板５の接合面５ａに、電気的接触を安定化させるため接合補助膜を形成してもよい。前記接合補助膜としては、金、白金、ニッケルなどを用いることができる。たとえば、まず、ニッケルを０．１μｍ成膜した後、前記ニッケル上に金を０．５μｍ成膜する。
さらにまた、前記接合補助膜の代わりに、ダイボンド用のＡｕＳｎ等の共晶金属を形成してもよい。これにより、接合工程を簡便にすることができる。
【００５４】
＜発光部および第２の電極形成工程＞
まず、図３に示すように、半導体基板１１の一面１１ａ上に、複数のエピタキシャル層を成長させてエピタキシャル積層体１７を形成する。
半導体基板１１は、エピタキシャル積層体１７形成用基板であり、たとえば、一面１１ａが（１００）面から１５°傾けた面とされた、Ｓｉドープしたｎ型のＧａＡｓ単結晶基板である。このように、エピタキシャル積層体１７としてＡｌＧａＩｎＰ層またはＡｌＧａＡｓ層を用いる場合、エピタキシャル積層体１７を形成する基板として、砒化ガリウム（ＧａＡｓ）単結晶基板を用いることができる。
【００５５】
発光部３の形成方法としては、有機金属化学気相成長（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＭＯＣＶＤ）法、分子線エピタキシャル（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｅａｍ Ｅｐｉｔａｘｉｃｙ：ＭＢＥ）法や液相エピタキシャル（Ｌｉｑｕｉｄ Ｐｈａｓｅ Ｅｐｉｔａｘｉｃｙ：ＬＰＥ）法などを用いることができる。
【００５６】
本実施形態では、トリメチルアルミニウム（（ＣＨ３）３Ａｌ）、トリメチルガリウム（（ＣＨ３）３Ｇａ）及びトリメチルインジウム（（ＣＨ３）３Ｉｎ）をＩＩＩ族構成元素の原料に用いた減圧ＭＯＣＶＤ法を用いて、各層をエピタキシャル成長させる。
なお、Ｍｇのドーピング原料にはビスシクロペンタジエチルマグネシウム（ｂｉｓ−（Ｃ５Ｈ５）２Ｍｇ）を用いる。また、Ｓｉのドーピング原料にはジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）を用いる。また、Ｖ族構成元素の原料としては、ホスフィン（ＰＨ３）又はアルシン（ＡｓＨ３）を用いる。
なお、ｐ型のＧａＰ層１３は、例えば、７５０°Ｃで成長させ、その他のエピタキシャル成長層は、例えば、７３０°Ｃで成長させる。
【００５７】
具体的には、まず、半導体基板１１の一面１１ａ上に、Ｓｉをドープしたｎ型のＧａＡｓからなる緩衝層１２ａを成膜する。緩衝層１２ａとしては、例えば、Ｓｉをドープしたｎ型のＧａＡｓを用い、キャリア濃度を２×１０１８ｃｍ−３とし、層厚を０．２μｍとする。
次に、緩衝層１２ａ上に、Ｓｉドープしたｎ型の（Ａｌ０．５Ｇａ０．５）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなるコンタクト層１２ｂを成膜する。
次に、コンタクト層１２ｂ上に、Ｓｉをドープしたｎ型の（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなるクラッド層１０ａを成膜する。
次に、クラッド層１０ａ上に、アンドープの（Ａｌ０．２Ｇａ０．８）０．５Ｉｎ０．５Ｐ／（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐの１０対の積層構造からなる発光層２を成膜する。
次に、発光層２上に、Ｍｇをドープしたｐ型の（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなるクラッド層１０ｂを成膜する。
次に、クラッド層１０ｂ上に、Ｍｇドープしたｐ型のＧａＰ層１３を成膜する。
【００５８】
次に、ｐ型のＧａＰ層１３の半導体基板１１と反対側の面１３ａを、表面から１μｍの深さに至るまで鏡面研磨して、表面の粗さを、たとえば、０．１８ｎｍ以内とする。
次に、図４に示すように、ｐ型のＧａＰ層１３の半導体基板１１と反対側の面１３ａ上に第２の電極（オーミック電極）８を形成する。第２の電極８は、たとえば、０．４μｍの厚さのＡｕＢｅ上に０．２μｍの厚さのＡｕが積層されてなる。第２の電極８は、たとえば、平面視したときに２０μｍφの円形状であり、６０μｍの間隔で形成される。
【００５９】
＜反射構造体形成工程＞
次に、図５に示すように、ｐ型のＧａＰ層１３の半導体基板１１と反対側の面１３ａおよび第２の電極８を覆うようにＩＴＯ膜からなる透明導電膜１４を形成する。次に、４５０℃の熱処理を施して、第２の電極８と透明導電膜１４との間にオーミックコンタクトを形成する。
【００６０】
次に、図６に示すように、透明導電膜１４のエピタキシャル積層体１７と反対側の面１４ａに、蒸着法を用いて、銀（Ａｇ）合金からなる膜を０．５μｍ成膜した後、タングステン（Ｗ）、白金（Ｐｔ）を各０．１μｍ、金（Ａｕ）を０．５μｍ、ＡｕＧｅ共晶金属（融点３８６℃）を１μｍ成膜して、金属膜１５とする。
これにより、金属膜１５と透明導電膜１４とからなる反射構造体４が形成される。
【００６１】
＜ヒートシンク基板接合工程＞
次に、反射構造体４とエピタキシャル積層体１７とを形成した半導体基板１１と、前記ヒートシンク基板の製造工程で形成したヒートシンク基板５と、を減圧装置内に搬入して、反射構造体４の接合面４ａとヒートシンク基板５の接合面５ａとが対向して重ねあわされるように配置する。
次に、前記減圧装置内を３×１０−５Ｐａまで排気した後、半導体基板１１とヒートシンク基板５とを４００℃に加熱した状態で、１００ｇ／ｃｍ２の加重を印加して反射構造体４の接合面４ａとヒートシンク基板５の接合面５ａと接合して、接合構造体１８を形成する。
【００６２】
＜半導体基板および緩衝層除去工程＞
次に、図８に示すように、接合構造体１８から、半導体基板１１及び緩衝層１２ａをアンモニア系エッチャントにより選択的に除去する。これにより、発光層２を有する発光部３が形成される。
【００６３】
＜第１の電極形成工程＞
次に、真空蒸着法を用いて、発光部３の反射構造体４と反対側の面３ａに電極用導電膜を成膜する。前記電極用導電膜としては、例えば、ＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕからなる金属層構造を用いることができる。たとえば、ＡｕＧｅ（Ｇｅ質量比１２％）を０．１５μｍの厚さで成膜した後、Ｎｉを０．０５μｍの厚さで成膜し、さらにＡｕを１μｍの厚さで成膜する。
次に、一般的なフォトリソグラフィー手段を利用して、前記電極用導電膜を平面視円形状にパターニングして、ｎ型オーミック電極（第１の電極）６として、図１に示す発光ダイオード１を作製する。
【００６４】
なお、この後、例えば、４２０°Ｃで３分間熱処理を行って、ｎ型オーミック電極（第１の電極）６の各金属を合金化することが好ましい。これにより、ｎ型オーミック電極（第１の電極）６を低抵抗化することができる。
【００６５】
なお、発光ダイオードを所望の大きさに区画する切断部分の発光部３をエッチングで除去した後、０．８ｍｍピッチでレーザを用いて、前記切断部分の基板と接続層を所望の大きさの発光ダイオードチップ（ＬＥＤチップ）に切断する。発光ダイオードの大きさは、たとえば、平面視したときに略矩形状の発光部３の対角線の長さを１．１ｍｍとする。その後、発光部３の露出面を粘着シートで保護して、切断面を洗浄する。
【００６６】
本発明の発光ダイオードによれば、発光ダイオードにヒートシンク基板を接合する構成なので、高電流域においても、高い発光効率が得られている。
【００６７】
本発明の実施形態である発光ダイオードの製造方法は、半導体基板１１に緩衝層１２ａを介して発光層２を含む発光部３を形成した後、発光部３の半導体基板１１と反対側の面１３ａに第２の電極８を形成する工程と、発光部３の半導体基板１１と反対側の面１３ａに第２の電極８を介して反射構造体４を形成する工程と、発光部３に反射構造体４を介してヒートシンク基板５を接合する工程と、半導体基板１１および緩衝層１２ａを除去する工程と、発光部３のヒートシンク基板５と反対側の面３ａに第１の電極６を形成する工程と、を有する構成なので、接合の際の基板の割れを抑制して、高電圧を印加して、放熱性に優れ、高輝度で発光させることのできる発光ダイオードを製造できる。
【００６８】
本発明の実施形態である発光ダイオードの製造方法は、ヒートシンク基板５を、熱伝導率が１３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であって、熱膨張係数が前記発光部と略等しい第１の金属層２１と、熱伝導率が２３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の第２の金属層２２と、を高温下で圧着して形成する構成なので、接合の際の基板の割れを抑制して、放熱性に優れ、高電圧を印加して、高輝度で発光させることのできる発光ダイオードを製造できる。
【００６９】
＜発光ダイオードランプ＞
本発明の実施形態である発光ダイオードランプについて説明する。
図９は、本発明の実施形態である発光ダイオードランプの一例を示す断面模式図である。図９に示すように、本発明の実施形態である発光ダイオードランプ４０は、パッケージ基板４５と、パッケージ基板４５上に形成された２つの電極端子４３、４４と、電極端子４４上に搭載された発光ダイオード１と、発光ダイオード１を覆うように形成されたシリコンなどからなる透明樹脂（封止樹脂）４１と、を有している。
発光ダイオード１は、発光部３と反射構造部４とヒートシンク基板５と第１の電極６と第２の電極８を有しており、ヒートシンク基板５が電極端子４３と接続されるように配置されている。また、第１の電極６と電極端子４４とはワイヤーボンディングされている。電極端子４３、４４に印加された電圧が、第１の電極６と第２の電極８を介して発光部３に印加され、発光部３に含まれる発光層が発光する。発光された光は、正面方向ｆに取り出される。
【００７０】
パッケージ基板４５は、その熱抵抗が１０℃／Ｗ以下とされている。これにより、発光層２に１Ｗ以上の電力を加えて発光させたときでも、ヒートシンクとして機能させることができ、発光ダイオード１の放熱性をより高めることができる。
なお、パッケージ基板の形状は、これに限定されず、他の形状のパッケージ基板を用いてもよい。他の形状のパッケージ基板を用いたＬＥＤランプ製品においても、放熱性を十分確保できるので、高出力、高輝度の発光ダイオードランプとすることができる。
【００７１】
本発明の実施形態である発光ダイオードパッケージ４０は、発光ダイオード１と、発光ダイオード１を搭載するパッケージ基板４５とを有する発光ダイオードランプ４０であって、パッケージ基板４５の熱抵抗が１０℃／Ｗ以下である構成なので、放熱性に優れ、高電圧を印加して、高輝度で発光させることができる。
【００７２】
本発明の実施形態である発光ダイオードパッケージ４０は、発光ダイオード１の発光層２に１Ｗ以上の電力を加えて発光させる構成なので、放熱性に優れ、高電圧を印加して、高輝度で発光させることができる。
【００７３】
（第２の実施形態）
図１０は、本発明の実施形態である発光ダイオードの別の一例を示す図である。
図１０に示すように、本発明の実施形態である発光ダイオード（ＬＥＤ）５１は、ヒートシンク基板５の代わりにヒートシンク基板５５が用いられたほかは第１の実施形態と同様の構成とされている。なお、第１の実施形態で示した部材と同一の部材については同一の符号を付して示している。
【００７４】
本発明の実施形態である発光ダイオード（ＬＥＤ）５１は、発光層（図示略）を含む発光部３と、反射構造体４を介して発光部３に接合されたヒートシンク基板５５と、を有している。また、発光部３の反射構造体４と反対側の面３ａには第１の電極６が備えられており、発光部３の反射構造体４側の面３ｂには第２の電極８が備えられている。
ヒートシンク基板５５は、第１の金属層２１としてＭｏが用いられ、第２の金属層２２としてＣｕが用いられ、Ｍｏ（１μｍ）／Ｃｕ（５０μｍ）／Ｍｏ（２５μｍ）／Ｃｕ（５０μｍ）／Ｍｏ（１μｍ）の５層構造基板（厚さ１２７ｕｍ）が用いられている。
【００７５】
ヒートシンク基板５５の製造方法について説明すると、第１の実施形態で示したヒートシンク基板の製造方法を用いて、まず、Ｃｕ（５０μｍ）／Ｍｏ（２５μｍ）／Ｃｕ（５０μｍ）の３層構造基板を製造した後、スパッタ法により、前記３層構造基板の両面にＭｏを１μｍの厚さで成膜して、５層構造からなるヒートシンク基板５５を形成する。なお、ヒートシンク基板５５の熱膨張係数は、６．６ｐｐｍ／Ｋ、熱伝導率は２３０Ｗ／ｍ・Ｋとなる。
【００７６】
（第３の実施形態）
図１１は、本発明の実施形態である発光ダイオードのさらに別の一例を示す図である。
図１１に示すように、本発明の実施形態である発光ダイオード（ＬＥＤ）５２は、ヒートシンク基板５の代わりにヒートシンク基板５６が用いられたほかは第１の実施形態と同様の構成とされている。なお、第１の実施形態で示した部材と同一の部材については同一の符号を付して示している。
【００７７】
本発明の実施形態である発光ダイオード（ＬＥＤ）５２は、発光層（図示略）を含む発光部３と、反射構造体４を介して発光部３に接合されたヒートシンク基板５６と、を有している。また、発光部３の反射構造体４と反対側の面３ａには第１の電極６が備えられており、発光部３の反射構造体４側の面３ｂには第２の電極８が備えられている。
ヒートシンク基板５６は、第１の金属層２１としてＭｏが用いられ、第２の金属層２２としてＣｕが用いられ、Ｃｕ（３０μｍ）／Ｍｏ（２５μｍ）／Ｃｕ（３０μｍ）の３層構造基板（厚さ８５ｕｍ）が用いられている。
【００７８】
ヒートシンク基板５６の製造方法について説明すると、第１の実施形態で示したヒートシンク基板の製造方法を用いて、Ｃｕ（３０μｍ）／Ｍｏ（２５μｍ）／Ｃｕ（３０μｍ）の３層構造からなるヒートシンク基板５６を製造する。なお、ヒートシンク基板５６の熱膨張係数は、６．１ｐｐｍ／Ｋ、熱伝導率は２５０Ｗ／ｍ・Ｋとなる。
【００７９】
（第４の実施形態）
図１２は、本発明の実施形態である発光ダイオードの別の一例を示す図である。
図１２に示すように、本発明の実施形態である発光ダイオード（ＬＥＤ）５３は、反射構造体４の側面４ｄおよびヒートシンク基板５６の側面５６ｄおよび底面５６ｅを覆うように金属積層膜２５が形成されたほかは第３の実施形態と同様の構成とされている。なお、第１の実施形態で示した部材と同一の部材については同一の符号を付して示している。
【００８０】
本発明の実施形態である発光ダイオード（ＬＥＤ）５３は、発光層（図示略）を含む発光部３と、反射構造体４を介して発光部３に接合されたヒートシンク基板５６と、を有している。また、発光部３の反射構造体４と反対側の面３ａには第１の電極６が備えられており、発光部３の反射構造体４側の面３ｂには第２の電極８が備えられている。
ヒートシンク基板５６の発光部３と反対側の面（底面）５６ｂが銅からなり、ヒートシンク基板５６の底面５６ｂと側面５６ｄ及び反射構造体４の側面４ｄとを覆うようにＮｉ層とＡｕ層とからなる金属積層膜２５が形成されている。金属積層膜２５を形成することにより、放熱性を高めることができる。
なお、Ｎｉ層およびＡｕ層の成膜方法としてはメッキ法などを用いることができる。
【実施例】
【００８１】
以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明する。しかし、本発明はこれらの実施例にのみ限定されるものではない。
（実施例１）
まず、第１の実施形態に示した方法を用いて、Ｍｏ（２５μｍ）／Ｃｕ（７０μｍ）／Ｍｏ（２５μｍ）の３層構造からなる実施例１のヒートシンク基板を形成した。なお、ヒートシンク基板の接合面には、Ｐｔ（０．１μｍ）／Ａｕ（０．５μｍ）を成膜した。実施例１のヒートシンク基板の熱膨張係数は５．７ｐｐｍ／Ｋであり、熱伝導率は２２０Ｗ／ｍ・Ｋであった。
【００８２】
次に、第１の実施形態に示した方法を用いて、発光部と反射構造体を形成するとともに、これに前記ヒートシンク基板を接合して、実施例１の発光ダイオードを作製した。
コンタクト層１２ｂは、Ｓｉドープしたｎ型の（Ａｌ０．５Ｇａ０．５）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなり、キャリア濃度を２×１０１８ｃｍ−３とし、層厚を１．５μｍとした。クラッド層１０ａは、Ｓｉをドープしたｎ型の（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなり、キャリア濃度を８×１０１７ｃｍ−３とし、層厚を１μｍとした。発光層２は、アンドープの（Ａｌ０．２Ｇａ０．８）０．５Ｉｎ０．５Ｐ／（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐの１０対の積層構造からなり、層厚を０．８μｍとした。クラッド層１０ｂは、Ｍｇをドープしたｐ型の（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなり、キャリア濃度を２×１０１７ｃｍ−３とし、層厚を１μｍとした。また、ＧａＰ層１３は、Ｍｇをドープしたｐ型ＧａＰ層であり、キャリア濃度を３×１０１８ｃｍ−３とし、層厚を３μｍとした。
さらに、第１の電極は、ＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕの積層構造として形成し、第２の電極は、ＡｕＢｅ／Ａｕの積層構造とした。また、反射構造体としては、ＩＴＯからなる透明導電膜と、Ａｇ合金／Ｗ／Ｐｔ／Ａｕ／ＡｕＧｅからなる積層構造とした。
実施例１の発光ダイオードに２．４Ｖ印加し、５００ｍＡ通電して、主波長６２０ｎｍの赤色発光をさせた。約６５ｌｍ／Ｗの高い発光効率が得られた。このとき、発光ダイオードは、ヒートシンク基板の効果により、温度上昇による効率低下がなかった。
【００８３】
（実施例２）
まず、第２の実施形態に示した方法を用いて、Ｍｏ（１μｍ）／Ｃｕ（５０μｍ）／Ｍｏ（２５μｍ）／Ｃｕ（５０μｍ）／Ｍｏ（１μｍ）の５層構造（厚さ１２７ｕｍ）からなる実施例２のヒートシンク基板を製造した。
実施例２のヒートシンク基板の熱膨張係数は６．６ｐｐｍ／Ｋであり、熱伝導率は２３０Ｗ／ｍ・Ｋであった。
【００８４】
次に、実施例２のヒートシンク基板を用いたほかは実施例１と同様にして、実施例２の発光ダイオードを作製した。
実施例２の発光ダイオードに２．４Ｖ印加し、５００ｍＡ通電して、主波長６２０ｎｍの赤色発光をさせた。約６９ｌｍ／Ｗの高い発光効率が得られた。このとき、発光ダイオードは、ヒートシンク基板の効果により、温度上昇による効率低下がなかった。
【００８５】
（実施例３）
まず、第３の実施形態に示した方法を用いて、Ｃｕ（３０μｍ）／Ｍｏ（２５μｍ）／Ｃｕ（３０μｍ）の３層構造（厚さ８５μｍ）からなる実施例３のヒートシンク基板を製造した。
実施例３のヒートシンク基板の熱膨張係数は６．１ｐｐｍ／Ｋであり、熱伝導率は２５０Ｗ／ｍ・Ｋであった。
【００８６】
次に、実施例３のヒートシンク基板を用いたほかは実施例１と同様にして、実施例３の発光ダイオードを作製した。
実施例３の発光ダイオードに２．４Ｖ印加し、５００ｍＡ通電して、主波長６２０ｎｍの赤色発光をさせた。約７１ｌｍ／Ｗの高い発光効率が得られた。このとき、発光ダイオードは、ヒートシンク基板の効果により、温度上昇による効率低下がなかった。
【００８７】
（比較例１）
ヒートシンク基板としてＳｉ基板を用いたほかは実施例１と同様にして、比較例１の発光ダイオードを作製した。なお、Ｓｉ基板の熱膨張係数は３ｐｐｍ／Ｋであり、熱伝導率は１２６Ｗ／ｍ・Ｋであった。
比較例１の発光ダイオードに２．４Ｖ印加し、５００ｍＡ通電して、主波長６２０ｎｍの赤色発光をさせた。このとき、比較例１の発光ダイオードの発光効率は、温度上昇により低下して、約４９ｌｍ／Ｗであった。また、１０枚投入したウェーハの内４枚が生産工程で割れてしまった。つまり、割れ率（ウェーハ割れ率）は４０％で、生産性に課題があることが分かった。こ
【００８８】
（比較例２）
ヒートシンク基板としてＣｕ基板を用いたほかは実施例１と同様にして、比較例２の発光ダイオードを作製した。実施例１と同様に、発光部と反射構造体を形成した後、これに前記ヒートシンク基板を接合したとき、全てのウェーハに割れが生じた。Ｃｕ基板は、熱膨張係数が大きい為、割れたと考えられる。
【００８９】
（比較例３、４，５）
上記実施例１〜３、比較例１、２と同様にして、表１に示すヒートシンク基板を有する発光ダイオードを製造した。
実施例１〜３、比較例１〜５の発光ダイオードについて、ウェーハの割れ、および、発光効率（電流値５００ｍＡ時）を調べ、表１にまとめた。
表１に示すように、比較例３〜５の発光ダイオードは、割れは発生しなかった、しかし、比較例３〜５の発光ダイオードのヒートシンク基板の熱伝導率は小さく、比較例３〜５の発光ダイオードの発光効率は、温度上昇により低下した。
【００９０】
【表１】
【産業上の利用可能性】
【００９１】
本発明の発光ダイオードは、放熱特性を向上させて、従来にない高輝度で発光させる各種の表示ランプ、照明器具等に利用でき、前記表示ランプ、前記照明器具等を製造・利用する産業において利用可能性がある。
【符号の説明】
【００９２】
１…発光ダイオード（発光ダイオードチップ）、２…発光層、３…発光部、３ａ…反射構造体と反対側の面、３ｂ…反射構造体側の面、４…反射構造体、５…ヒートシンク基板、５ａ…接合面、５ｂ…接合面と反対側の面、６…第１の電極、８…第２の電極、８ｂ…発光部と反対側の面、１１…半導体基板（エピタキシャル成長用基板）、１１ａ…結晶成長面、１０ａ、１０ｂ…クラッド層、１２ａ…緩衝層、１２ｂ…コンタクト層、１３…ＧａＰ層、１３ａ…半導体基板と反対側の面、１４…透明導電膜、１５…金属接合膜、１５ｂ…発光部と反対側の面、１７…エピタキシャル積層体、２１…第１の金属層、２２…第２の金属層、２５…金属積層膜、４０…発光ダイオードランプ、４１…樹脂、４３、４４…電極端子、４５…基板、４６…ワイヤー、５１、５２、５３…発光ダイオード（発光ダイオードチップ）、５５、５６…ヒートシンク基板。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光ダイオード、発光ダイオードランプ及び発光ダイオードの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
赤色、橙色、黄色或いは黄緑色などの可視光を発する発光ダイオード（英略称：ＬＥＤ）として、例えば、燐化アルミニウム・ガリウム・インジウム（組成式（ＡｌＸＧａ１−Ｘ）ＹＩｎ１−ＹＰ；０≦Ｘ≦１，０＜Ｙ≦１）からなる発光層を有する発光部と、前記発光部が形成された基板と、を備えた化合物半導体ＬＥＤが知られている。
【０００３】
前記基板としては、一般に、前記発光層から出射される光に対し光学的に不透明であり、また機械的にもそれ程強度のない砒化ガリウム（ＧａＡｓ）等が用いられている。
しかし、最近では、より高輝度の可視光発光ダイオードを得るために、また、発光素子の機械的強度の更なる向上を目的として、前記基板を除去して、然る後、発光光を透過または反射し、尚且つ機械強度的に優れる材料からなる支持体層（基板）を接合させている。
例えば、特許文献１〜７には、前記発光層に前記支持体層（基板）を改めて接合させる技術（接合型ＬＥＤ形成技術）が開示されている。さらにまた、特許文献８には、前記接合技術に関連する技術が開示され、金属層と反射層とを接着した有機接着層にオーミック金属を埋め込んだ発光素子が開示されている。
【０００４】
前記接合型ＬＥＤ形成技術の開発により、発光部に接合させる基板の自由度が増えており、たとえば、放熱性の高い金属、セラミックなどからなるヒートシンク基板を用いることができている。前記基板としてヒートシンク基板を用いることにより、前記発光部からの放熱性を確保して、発光層の劣化を抑制し、長寿命とすることができる。
特に、高電流に耐えて高輝度で光らせる必要がある高出力用の発光ダイオードは、従来のものに比べて発熱量が多く、放熱性の確保がより課題となっている。そのため、発光部にヒートシンク基板を接合させることは、発光ダイオードの長寿命化により有用とされる。
【０００５】
しかしながら、放熱性の高い金属、セラミックなどからなるヒートシンク基板は、その熱膨張係数が、発光部の熱膨張係数と大きく異なり、発光部にヒートシンク基板を接合した時や、その後の熱処理工程などに於いて、発光部および／またはヒートシンク基板に割れが発生する場合を生じた。これにより、大きく発光ダイオードの製造歩留まりを低下させる場合があった。
【０００６】
ヒートシンク基板として、その熱膨張係数が、前記発光部の熱膨張係数の１ｐｐｍ／Ｋ以内であり、その熱伝導率が２００Ｗ／Ｋ以上である材料を用いることができれば、熱処理工程などに於いて割れなどの発生を抑制できるとともに放熱性を十分確保できる。しかし、そのような熱膨張係数と熱伝導率の特性を両立できる材料はなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第３２３０６３８号公報
【特許文献２】特開平６−３０２８５７号公報
【特許文献３】特開２００２−２４６６４０号公報
【特許文献４】特許第２５８８８４９号公報
【特許文献５】特開２００１−５７４４１号公報
【特許文献６】特開２００７−８１０１０号公報
【特許文献７】特開２００６−３２９５２号公報
【特許文献８】特開２００５−２３６３０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記事情を鑑みてなされたもので、放熱性に優れ、接合の際の基板の割れを抑制でき、高電圧を印加して、高輝度で発光させることのできる発光ダイオード、発光ダイオードランプ及び発光ダイオードの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するために、本発明は以下の構成を採用した。すなわち、
（１）本発明の発光ダイオードは、発光層を含む発光部にヒートシンク基板が接合された発光ダイオードであって、前記ヒートシンク基板は、第１の金属層と第２の金属層とが交互に積層されてなり、前記第１の金属層は、熱伝導率が１３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であって、熱膨張係数が前記発光部の材料と略等しい材料からなり、前記第２の金属層は、熱伝導率が２３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上である材料からなることを特徴とする。
【００１０】
（２）本発明の発光ダイオードは、前記第１の金属層の材料が、前記発光部の熱膨張係数の±１．５ｐｐｍ／Ｋ以内となる熱膨張係数を有する材料であることを特徴とする。
（３）本発明の発光ダイオードは、前記第１の金属層が、モリブデン、タングステンまたはこれらの合金からなることを特徴とする。
（４）本発明の発光ダイオードは、前記第２の金属層が、アルミニウム、銅、銀、金またはこれらの合金からなることを特徴とする。
【００１１】
（５）本発明の発光ダイオードは、前記第１の金属層がモリブデンからなり、前記第２の金属層が銅からなり、前記第１の金属層と前記第２の金属層との層の数が合わせて３層以上９層以下とされていることを特徴とする。
（６）本発明の発光ダイオードは、前記第１の金属層がモリブデンからなり、前記第１の金属層の合わせた厚さが、前記ヒートシンク基板の厚さの１５％以上４５％以下であることを特徴とする。
（７）本発明の発光ダイオードは、前記発光部と前記ヒートシンク基板との間に反射構造体が備えられていることを特徴とする。
【００１２】
（８）本発明の発光ダイオードは、前記発光層が、ＡｌＧａＩｎＰ層またはＡｌＧａＡｓ層を含むことを特徴とする。
（９）本発明の発光ダイオードは、前記発光層が、平面視したときに対角線の長さが１ｍｍ以上の略矩形状であり、前記発光層に１Ｗ以上の電力を加えて発光させることを特徴とする。
（１０）本発明の発光ダイオードは、前記ヒートシンク基板の前記発光部と反対側の面が銅からなり、前記ヒートシンク基板の前記発光部と反対側の面と側面とを覆うように金属積層膜が形成されていることを特徴とする。
【００１３】
（１１）本発明の発光ダイオードランプは、先に記載の発光ダイオードと、前記発光ダイオードを搭載するパッケージ基板とを有する発光ダイオードランプであって、前記パッケージ基板の熱抵抗が１０℃／Ｗ以下であることを特徴とする。
（１２）本発明の発光ダイオードランプは、前記発光ダイオードの発光層に１Ｗ以上の電力を加えて発光させることを特徴とする。
【００１４】
（１３）本発明の発光ダイオードの製造方法は、半導体基板に緩衝層を介して発光層を含む発光部を形成した後、前記発光部の前記半導体基板と反対側の面に第２の電極を形成する工程と、前記発光部の前記半導体基板と反対側の面に前記第２の電極を介して反射構造体を形成する工程と、前記発光部に前記反射構造体を介してヒートシンク基板を接合する工程と、前記半導体基板および前記緩衝層を除去する工程と、前記発光部の前記ヒートシンク基板と反対側の面に第１の電極を形成する工程と、を有することを特徴とする。
【００１５】
（１４）本発明の発光ダイオードの製造方法は、前記ヒートシンク基板を、熱伝導率が１３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であって、熱膨張係数が前記発光部と略等しい第１の金属層と、熱伝導率が２３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の第２の金属層と、を高温下で圧着して形成することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
上記の構成によれば、放熱性に優れ、接合の際の基板の割れを抑制でき、高電圧を印加して、高輝度で発光させることのできる発光ダイオード、発光ダイオードランプ及び発光ダイオードの製造方法を提供することができる。
【００１７】
本発明の発光ダイオードは、発光層を含む発光部にヒートシンク基板が接合された発光ダイオードであって、前記ヒートシンク基板は、第１の金属層と第２の金属層とが交互に積層されてなり、前記第１の金属層は、熱伝導率が１３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であって、熱膨張係数が前記発光部の材料と略等しい材料からなり、前記第２の金属層は、熱伝導率が２３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上である材料からなる構成なので、放熱性に優れ、接合の際の基板の割れを抑制でき、高電圧を印加して、高輝度で発光させることができる。
【００１８】
本発明の発光ダイオードランプは、先に記載の発光ダイオードと、前記発光ダイオードを搭載するパッケージ基板とを有する発光ダイオードランプであって、前記パッケージ基板の熱抵抗が１０℃／Ｗ以下である構成なので、放熱性に優れ、高電圧を印加して、高輝度で発光させることができる。
【００１９】
本発明の発光ダイオードの製造方法は、半導体基板に緩衝層を介して発光層を含む発光部を形成した後、前記発光部の前記半導体基板と反対側の面に第２の電極を形成する工程と、前記発光部の前記半導体基板と反対側の面に前記第２の電極を介して反射構造体を形成する工程と、前記発光部に前記反射構造体を介してヒートシンク基板を接合する工程と、前記半導体基板および前記緩衝層を除去する工程と、前記発光部の前記ヒートシンク基板と反対側の面に第１の電極を形成する工程と、を有する構成なので、放熱性に優れ、接合の際の基板の割れを抑制でき、高電圧を印加して、高輝度で発光させることのできる発光ダイオードを製造できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施形態である発光ダイオードの一例を示す断面図である。
【図２】本発明の実施形態である発光ダイオードに用いるヒートシンク基板の製造工程の一例を示す工程断面図である。
【図３】本発明の実施形態である発光ダイオードの製造工程の一例を示す工程断面図である。
【図４】本発明の実施形態である発光ダイオードの製造工程の一例を示す工程断面図である。
【図５】本発明の実施形態である発光ダイオードの製造工程の一例を示す工程断面図である。
【図６】本発明の実施形態である発光ダイオードの製造工程の一例を示す工程断面図である。
【図７】本発明の実施形態である発光ダイオードの製造工程の一例を示す工程断面図である。
【図８】本発明の実施形態である発光ダイオードの製造工程の一例を示す工程断面図である。
【図９】本発明の実施形態である発光ダイオードランプの一例を示す断面図である。
【図１０】本発明の実施形態である発光ダイオードの別の一例を示す断面図である。
【図１１】本発明の実施形態である発光ダイオードの別の一例を示す断面図である。
【図１２】本発明の実施形態である発光ダイオードの別の一例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明を実施するための形態について説明する。
（第１の実施形態）
＜発光ダイオード＞
図１は、本発明の実施形態である発光ダイオードの一例を示す図である。
図１に示すように、本発明の実施形態である発光ダイオード（ＬＥＤ）１は、発光層２を含む発光部３と、反射構造体４を介して発光部３に接合されたヒートシンク基板５と、を有している。また、発光部３の反射構造体４と反対側の面３ａには第１の電極６が備えられ、発光部３の反射構造体４側の面３ｂには第２の電極８が備えられている。
【００２２】
＜発光部＞
発光部３は、発光層２を含む化合物半導体積層構造体であって、複数のエピタキシャル成長させた層を積層してなるエピタキシャル積層構造体である。
発光部３としては、たとえば、発光効率が高く、基板接合技術が確立されているＡｌＧａＩｎＰ層またはＡｌＧａＡｓ層などを利用できる。ＡｌＧａＩｎＰ層は、一般式（ＡｌＸＧａ１−Ｘ）ＹＩｎ１−ＹＰ（０≦Ｘ≦１，０＜Ｙ≦１）で表される材料からなる層である。この組成は、発光ダイオードの発光波長に応じて、決定される。赤および赤外発光の発光ダイオードを作製する際に用いられるＡｌＧａＡｓ層の場合も同様に、構成材料の組成は発光ダイオードの発光波長に応じて決定される。
発光部３は、ｎ型またはｐ型の何れか一の伝導型の化合物半導体であり、内部でｐｎ接合が形成される。なお、発光部３の表面の極性はｐ型、ｎ型のどちらでもよい。
【００２３】
図１に示すように、発光部３は、たとえば、コンタクト層１２ｂと、クラッド層１０ａと、発光層２と、クラッド層１０ｂと、ＧａＰ層１３とからなる。
コンタクト層１２ｂは、オーミック（Ｏｈｍｉｃ）電極の接触抵抗を下げるため層であり、例えば、Ｓｉドープしたｎ型の（Ａｌ０．５Ｇａ０．５）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなり、キャリア濃度を２×１０１８ｃｍ−３とし、層厚を１．５μｍとする。
また、クラッド層１０ａは、例えば、Ｓｉをドープしたｎ型の（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなり、キャリア濃度を８×１０１７ｃｍ−３とし、層厚を１μｍとする。
【００２４】
発光層２は、例えば、アンドープの（Ａｌ０．２Ｇａ０．８）０．５Ｉｎ０．５Ｐ／（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐの１０対の積層構造からなり、層厚を０．８μｍとする。
発光層２は、ダブルへテロ構造（Ｄｏｕｂｌｅ Ｈｅｔｅｒｏ：ＤＨ）、単一量子井戸構造（Ｓｉｎｇｌｅ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｗｅｌｌ：ＳＱＷ）または多重量子井戸構造（Ｍｕｌｔｉ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｗｅｌｌ：ＭＱＷ）などの構造を有する。ここで、ダブルへテロ構造は、放射再結合を担うキャリアを閉じ込められる構造である。また、量子井戸構造は、井戸層と、前記井戸層を挟む２つの障壁層を有する構造であって、ＳＱＷは井戸層が１つのものであり、ＭＱＷは井戸層が２以上のものである。発光部３の形成方法としては、ＭＯＣＶＤ法などを用いることができる。
発光層２から単色性に優れる発光を得るためには、特に、発光層２としてＭＱＷ構造を用いることが好ましい。
【００２５】
クラッド層１０ｂは、例えば、Ｍｇをドープしたｐ型の（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなり、キャリア濃度を２×１０１７ｃｍ−３とし、層厚を１μｍとする。
また、ＧａＰ層１３は、例えば、Ｍｇをドープしたｐ型ＧａＰ層であり、キャリア濃度を３×１０１８ｃｍ−３とし、層厚を３μｍとする。
【００２６】
発光部３の構成は、上記に記載した構造に限られるものではなく、たとえば、素子駆動電流を発光部３の全般に平面的に拡散させる電流拡散層や、素子駆動電流の通流する領域を制限するための電流阻止層または電流狭窄層などを有していてもよい。
【００２７】
＜第１の電極、第２の電極＞
第１の電極６および第２の電極８はそれぞれオーミック電極であり、それらの形状および配置は、発光部３に電流を均一に拡散させるものであればよく、特に限定されない。たとえば、平面視したときに円状または矩形状の電極を用いることができ、一個の電極として配置することも、複数の電極を格子状に配置することもできる。
【００２８】
第１の電極６の材料としては、コンタクト層１２ｂとしてｎ型の化合物半導体を用いた場合には、たとえば、ＡｕＧｅ、ＡｕＳｉなどを用いることができ、コンタクト層１２ｂとしてｐ型の化合物半導体を用いた場合には、たとえば、ＡｕＢｅ、ＡｕＺｎなどを用いることができる。
また、更にその上にＡｕなどを積層して、酸化を防止させるとともに、ワイヤーボンディングを向上させることができる。
【００２９】
第２の電極８の材料としては、ＧａＰ層１３としてｎ型の化合物半導体を用いた場合には、たとえば、ＡｕＧｅ、ＡｕＳｉなどを用いることができ、ＧａＰ層１３としてｐ型の化合物半導体を用いた場合には、たとえば、ＡｕＢｅ、ＡｕＺｎなどを用いることができる。
【００３０】
＜反射構造体＞
図１に示すように、発光部３の反射構造体４側の面３ｂには、第２の電極８を覆うように反射構造体４が形成されている。反射構造体４は、金属膜１５と透明導電膜１４とが積層されてなる。
【００３１】
金属膜１５は、銅、銀、金、アルミニウムなどの金属およびそれらの合金などにより構成されている。これらの材料は光反射率が高く、反射構造体４からの光反射率を９０％以上とすることができる。金属膜１５を形成することにより、発光層２からの光を金属膜１５で正面方向ｆへ反射させて、正面方向ｆでの光取り出し効率を向上させることができる。これにより、発光ダイオードをより高輝度化できる。
【００３２】
金属膜１５は、たとえば、透明導電膜１４側からＡｇ合金／Ｗ／Ｐｔ／Ａｕ／接続用金属からなる積層構造とされる。
金属膜１５の発光部３と反対側の面１５ｂに形成された前記接続用金属は、電気抵抗が低く、低温で溶融する金属である。前記接続用金属を用いることにより、発光部３に熱ストレスを与えることなく、ヒートシンク基板を接続できる。
接続用金属としては、化学的に安定で、融点の低いＡｕ系の共晶金属などを用いられる。前記Ａｕ系の共晶金属としては、たとえば、ＡｕＳｎ、ＡｕＧｅ、ＡｕＳｉなどの合金の共晶組成（Ａｕ系の共晶金属）を挙げることができる。
また、接続用金属には、チタン、クロム、タングステンなどの金属を添加することが好ましい。これにより、チタン、クロム、タングステンなどの金属がバリヤ金属として機能して、ヒートシンク基板に含まれる不純物などが金属膜１５側に拡散して、反応することを抑制できる。
【００３３】
透明導電膜１４は、ＩＴＯ膜、ＩＺＯ膜などにより構成されている。なお、反射構造体４は、金属膜１５だけで構成してもよい。
また、透明導電膜１４の代わりに、または、透明導電膜１４とともに、透明な材料の屈折率差を利用したいわゆるコールドミラー、例えば、酸化チタン膜、酸化ケイ素膜の多層膜や白色のアルミナ、ＡｌＮを用いて、金属膜１５に組み合わせてもよい。
【００３４】
＜ヒートシンク基板＞
反射構造体４を構成する金属膜１５の発光部３と反対側の面１５ｂに、ヒートシンク基板５の接合面５ａが接合されている。
ヒートシンク基板５の厚さは、５０μｍ以上１５０μｍ以下とすることが好ましい。
ヒートシンク基板５の厚さが１５０μｍより厚い場合には、発光ダイオードの製造コストが上昇して好ましくない。また、ヒートシンク基板５の厚さが５０μｍより薄い場合には、ハンドリング時に割れ、かけ、反りなどが容易に生じて、製造歩留まりを低下させるおそれが発生する。
【００３５】
ヒートシンク基板５は、第１の金属層２１と第２の金属層２２とが交互に積層されてなる。
ヒートシンク基板１枚あたりの第１の金属層２１と第２の金属層２２の層数は、合わせて３〜９層とすることが好ましく、３〜５層とすることがより好ましい。
第１の金属層２１と第２の金属層２２の層数を合わせて２層とした場合には、厚さ方向での熱膨張が不均衡となり、ヒートシンク基板５の割れが発生するおそれが発生する。逆に、第１の金属層２１と第２の金属層２２の層数を合わせて９層より多くした場合には、第１の金属層２１と第２の金属層２２の層の厚さをそれぞれ薄くする必要が生じる。第１の金属層２１または第２の金属層２２からなる単層基板を層の厚さを薄くして作製することは困難であり、各層の厚さを不均一にして、発光ダイオードの特性をばらつかせるおそれが発生する。さらに、層の厚さを薄くした前記単層基板は、容易に基板の割れを発生させる。さらにまた、前記単層基板の製造が困難であることから、発光ダイオードの製造コストを悪化させるおそれも生じる。
なお、第１の金属層２１と第２の金属層２２の層数は、合わせて奇数とすることがより好ましい。
【００３６】
＜第１の金属層＞
第１の金属層２１は、熱伝導率が１３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることが好ましい。これにより、ヒートシンク基板５の放熱性を高くして、発光ダイオード１を高輝度で発光させることができるとともに、発光ダイオード１の寿命を長寿命とすることができる。
【００３７】
また、第１の金属層２１は、その熱膨張係数が発光部３の熱膨張係数と略等しい材料からなることが好ましい。特に、第１の金属層２１の材料が、発光部３の熱膨張係数の±１．５ｐｐｍ／Ｋ以内である熱膨張係数を有する材料であることが好ましい。これにより、接合時の発光部３への熱によるストレスを小さくすることができ、ヒートシンク基板５を発光部３と接続させたときの熱によるヒートシンク基板５の割れを抑制することができ、発光ダイオードの製造歩留まりを向上させることができる。
【００３８】
たとえば、発光部３としてＡｌＧａＩｎＰ層（熱膨張係数＝約５．３ｐｐｍ／Ｋ）を用いた場合には、第１の金属層２１としてモリブデン（熱膨張係数＝５．１ｐｐｍ／Ｋ）、タングステン（熱膨張係数＝４．３ｐｐｍ／Ｋ）およびこれらの合金などを用いることが好ましい。
また、モリブデンの熱伝導率は１３８Ｗ／ｍ・Ｋであり、タングステンの熱伝導率は１７４Ｗ／ｍ・Ｋであり、１３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であった。
【００３９】
第１の金属２１の合計の厚さは、ヒートシンク基板５の厚さの１０％以上４５％以下であることが好ましく、２０％以上４０％以下であることがより好ましく、２５％以上３５％以下であることが更に好ましい。第１の金属２１の合計の厚さがヒートシンク基板５の厚さの４５％を超える場合は、熱伝導率が高い第２の金属層２２の効果が小さくなり、ヒートシンク機能が低下する。逆に、第１の金属２１の厚さがヒートシンク基板５の厚さの１０％未満の場合は、第１の金属２１がほとんど機能せず、ヒートシンク基板５を発光部３と接続させたときの熱によるヒートシンク基板５の割れを抑制できない。つまり、第２の金属層２２と発光部３との間の大きな熱膨張係数の差により、熱によるヒートシンク基板５の割れを発生させて、接合不良発生を招く場合が生じる。
特に、第１の金属層２１としてモリブデンを用いた場合には、モリブデンの合計の厚さが、ヒートシンク基板５の厚さの１５％以上４５％以下であることが好ましく、２０％以上４０％以下であることがより好ましく、２５％以上３５％以下であることが更に好ましい。
第１の金属層２１の厚みは、１０μｍ以上４０μｍ以下とすることが好ましく、２０μｍ以上３０μｍ以下とすることがより好ましい。
【００４０】
＜第２の金属層＞
第２の金属層２２は、少なくとも第１の金属層２１よりも熱伝導率が高い材料が好ましく、熱伝導率が２３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上である材料からなることがより好ましい。これにより、ヒートシンク基板５の放熱性をより高くして、発光ダイオード１をより高輝度で発光させることができるとともに、発光ダイオード１の寿命をより長寿命とすることができる。
【００４１】
第２の金属２２としては、たとえば、銀（熱伝導率＝４２０Ｗ／ｍ・Ｋ）、銅（熱伝導率＝３９８Ｗ／ｍ・Ｋ）、金（熱伝導率＝３２０Ｗ／ｍ・Ｋ）、アルミニウム（熱伝導率＝２３６Ｗ／ｍ・Ｋ）およびこれらの合金などを用いることが好ましい。
第２の金属層２２の厚みは、１０μｍ以上４０μｍ以下とすることが好ましく、２０μｍ以上４０μｍ以下とすることがより好ましい。
なお、第２の金属層２２の厚みと第１の金属層２１の厚みとは異なっていてもよい。さらに、ヒートシンク基板５が複数の第１の金属層２１と第２の金属層２２により形成される場合に、各層の厚みはそれぞれ異なっていてもよい。
【００４２】
なお、ヒートシンク基板５の接合面５ａに、電気的接触を安定化させる接合補助膜、または、ダイボンド用の共晶金属を形成してもよい。これにより、接合工程を簡便に行うことができる。前記接合補助膜としては、Ａｕ、ＡｕＳｎなどを用いることができる。
【００４３】
なお、発光部３にヒートシンク基板５を接合する方法は、上記に記載した方法に限られるものではなく、たとえば、拡散接合、接着剤、常温接合方法など公知の技術を適用することもできる。
【００４４】
本発明の実施形態である発光ダイオード１は、発光層２を含む発光部３にヒートシンク基板５が接合された発光ダイオード１であって、ヒートシンク基板５は、第１の金属層２１と第２の金属層２２とが交互に積層されてなり、第１の金属層２１は、熱伝導率が１３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であって、熱膨張係数が発光部３の材料と略等しい材料からなり、第２の金属層２２は、熱伝導率が２３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上である材料からなる構成なので、放熱性に優れ、接合の際の基板の割れを抑制でき、高電圧を印加して、高輝度で発光させることができる。
【００４５】
本発明の実施形態である発光ダイオード１は、第１の金属層２１の材料が、発光部３の熱膨張係数の±１．５ｐｐｍ／Ｋ以内となる熱膨張係数を有する材料である構成なので、放熱性に優れ、接合の際の基板の割れを抑制でき、高電圧を印加して、高輝度で発光させることができる。
【００４６】
本発明の実施形態である発光ダイオード１は、第１の金属層２１が、モリブデン、タングステンまたはこれらの合金からなる構成なので、放熱性に優れ、接合の際の基板の割れを抑制でき、高電圧を印加して、高輝度で発光させることができる。
【００４７】
本発明の実施形態である発光ダイオード１は、第２の金属層２２が、アルミニウム、銅、銀、金またはこれらの合金からなる構成なので、放熱性に優れ、接合の際の基板の割れを抑制でき、高電圧を印加して、高輝度で発光させることができる。
【００４８】
本発明の実施形態である発光ダイオード１は、第１の金属層２１がモリブデンからなり、第２の金属層２２が銅からなり、第１の金属層２１と第２の金属層２２との層の数が合わせて３層以上９層以下とされている構成なので、放熱性に優れ、接合の際の基板の割れを抑制でき、高電圧を印加して、高輝度で発光させることができる。
第１の金属層２１の位置に第２の金属層２２を配置し、第２の金属層２２の位置に第１の金属層２１を配置しても良い。上記の実施形態の場合、第１の金属層２１の位置に銅からなる層を配置し、第２の金属層２２の位置にモリブデンからなる層を配置しても、同様の効果が得られる。
【００４９】
＜発光ダイオードの製造方法＞
次に、本発明の実施形態である発光ダイオードの製造方法について説明する。
本発明の実施形態である発光ダイオードの製造方法は、ヒートシンク基板の製造工程と、半導体基板に緩衝層を介して発光層を含む発光部を形成した後、前記発光部の前記半導体基板と反対側の面に第２の電極を形成する工程と、前記発光部の前記半導体基板と反対側の面に前記第２の電極を介して反射構造体を形成する工程と、前記発光部に前記反射構造体を介してヒートシンク基板を接合する工程と、前記半導体基板および前記緩衝層を除去する工程と、前記発光部の前記ヒートシンク基板と反対側の面に第１の電極を形成する工程と、を有する。
まず、ヒートシンク基板の製造工程について説明する。
【００５０】
＜ヒートシンク基板の製造工程＞
ヒートシンク基板５は、熱伝導率が１３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であって、熱膨張係数が前記発光部と略等しい第１の金属層と、熱伝導率が２３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の第２の金属層と、をホットプレスして形成する。
【００５１】
まず、２枚の略平板状の第１の金属板２１と、１枚の略平板状の第２の金属板２２を用意する。たとえば、第１の金属板２１としては厚さ２５μｍのＭｏを用い、第２の金属板２２としては厚さ７０μｍのＣｕを用いる。
次に、図２（ａ）に示すように、前記２枚の第１の金属板２１の間に前記第２の金属板２２を挿入してこれらを重ねて配置する。
【００５２】
次に、所定の加圧装置に前記基板を配置して、高温下で、第１の金属板２１と第２の金属板２２に矢印の方向に荷重をかける。これにより、図２（ｂ）に示すように、第１の金属層２１がＭｏであり、第２の金属層２２がＣｕであり、Ｍｏ（２５μｍ）／Ｃｕ（７０μｍ）／Ｍｏ（２５μｍ）の３層からなるヒートシンク基板５を形成する。
ヒートシンク基板５は、たとえば、熱膨張係数が５．７ｐｐｍ／Ｋとなり、熱伝導率は２２０Ｗ／ｍ・Ｋとなる。
【００５３】
なお、この後、発光部（ウェーハ）３の接合面の大きさに合わせて切断した後、表面を鏡面加工してもよい。
また、ヒートシンク基板５の接合面５ａに、電気的接触を安定化させるため接合補助膜を形成してもよい。前記接合補助膜としては、金、白金、ニッケルなどを用いることができる。たとえば、まず、ニッケルを０．１μｍ成膜した後、前記ニッケル上に金を０．５μｍ成膜する。
さらにまた、前記接合補助膜の代わりに、ダイボンド用のＡｕＳｎ等の共晶金属を形成してもよい。これにより、接合工程を簡便にすることができる。
【００５４】
＜発光部および第２の電極形成工程＞
まず、図３に示すように、半導体基板１１の一面１１ａ上に、複数のエピタキシャル層を成長させてエピタキシャル積層体１７を形成する。
半導体基板１１は、エピタキシャル積層体１７形成用基板であり、たとえば、一面１１ａが（１００）面から１５°傾けた面とされた、Ｓｉドープしたｎ型のＧａＡｓ単結晶基板である。このように、エピタキシャル積層体１７としてＡｌＧａＩｎＰ層またはＡｌＧａＡｓ層を用いる場合、エピタキシャル積層体１７を形成する基板として、砒化ガリウム（ＧａＡｓ）単結晶基板を用いることができる。
【００５５】
発光部３の形成方法としては、有機金属化学気相成長（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＭＯＣＶＤ）法、分子線エピタキシャル（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｅａｍ Ｅｐｉｔａｘｉｃｙ：ＭＢＥ）法や液相エピタキシャル（Ｌｉｑｕｉｄ Ｐｈａｓｅ Ｅｐｉｔａｘｉｃｙ：ＬＰＥ）法などを用いることができる。
【００５６】
本実施形態では、トリメチルアルミニウム（（ＣＨ３）３Ａｌ）、トリメチルガリウム（（ＣＨ３）３Ｇａ）及びトリメチルインジウム（（ＣＨ３）３Ｉｎ）をＩＩＩ族構成元素の原料に用いた減圧ＭＯＣＶＤ法を用いて、各層をエピタキシャル成長させる。
なお、Ｍｇのドーピング原料にはビスシクロペンタジエチルマグネシウム（ｂｉｓ−（Ｃ５Ｈ５）２Ｍｇ）を用いる。また、Ｓｉのドーピング原料にはジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）を用いる。また、Ｖ族構成元素の原料としては、ホスフィン（ＰＨ３）又はアルシン（ＡｓＨ３）を用いる。
なお、ｐ型のＧａＰ層１３は、例えば、７５０°Ｃで成長させ、その他のエピタキシャル成長層は、例えば、７３０°Ｃで成長させる。
【００５７】
具体的には、まず、半導体基板１１の一面１１ａ上に、Ｓｉをドープしたｎ型のＧａＡｓからなる緩衝層１２ａを成膜する。緩衝層１２ａとしては、例えば、Ｓｉをドープしたｎ型のＧａＡｓを用い、キャリア濃度を２×１０１８ｃｍ−３とし、層厚を０．２μｍとする。
次に、緩衝層１２ａ上に、Ｓｉドープしたｎ型の（Ａｌ０．５Ｇａ０．５）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなるコンタクト層１２ｂを成膜する。
次に、コンタクト層１２ｂ上に、Ｓｉをドープしたｎ型の（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなるクラッド層１０ａを成膜する。
次に、クラッド層１０ａ上に、アンドープの（Ａｌ０．２Ｇａ０．８）０．５Ｉｎ０．５Ｐ／（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐの１０対の積層構造からなる発光層２を成膜する。
次に、発光層２上に、Ｍｇをドープしたｐ型の（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなるクラッド層１０ｂを成膜する。
次に、クラッド層１０ｂ上に、Ｍｇドープしたｐ型のＧａＰ層１３を成膜する。
【００５８】
次に、ｐ型のＧａＰ層１３の半導体基板１１と反対側の面１３ａを、表面から１μｍの深さに至るまで鏡面研磨して、表面の粗さを、たとえば、０．１８ｎｍ以内とする。
次に、図４に示すように、ｐ型のＧａＰ層１３の半導体基板１１と反対側の面１３ａ上に第２の電極（オーミック電極）８を形成する。第２の電極８は、たとえば、０．４μｍの厚さのＡｕＢｅ上に０．２μｍの厚さのＡｕが積層されてなる。第２の電極８は、たとえば、平面視したときに２０μｍφの円形状であり、６０μｍの間隔で形成される。
【００５９】
＜反射構造体形成工程＞
次に、図５に示すように、ｐ型のＧａＰ層１３の半導体基板１１と反対側の面１３ａおよび第２の電極８を覆うようにＩＴＯ膜からなる透明導電膜１４を形成する。次に、４５０℃の熱処理を施して、第２の電極８と透明導電膜１４との間にオーミックコンタクトを形成する。
【００６０】
次に、図６に示すように、透明導電膜１４のエピタキシャル積層体１７と反対側の面１４ａに、蒸着法を用いて、銀（Ａｇ）合金からなる膜を０．５μｍ成膜した後、タングステン（Ｗ）、白金（Ｐｔ）を各０．１μｍ、金（Ａｕ）を０．５μｍ、ＡｕＧｅ共晶金属（融点３８６℃）を１μｍ成膜して、金属膜１５とする。
これにより、金属膜１５と透明導電膜１４とからなる反射構造体４が形成される。
【００６１】
＜ヒートシンク基板接合工程＞
次に、反射構造体４とエピタキシャル積層体１７とを形成した半導体基板１１と、前記ヒートシンク基板の製造工程で形成したヒートシンク基板５と、を減圧装置内に搬入して、反射構造体４の接合面４ａとヒートシンク基板５の接合面５ａとが対向して重ねあわされるように配置する。
次に、前記減圧装置内を３×１０−５Ｐａまで排気した後、半導体基板１１とヒートシンク基板５とを４００℃に加熱した状態で、１００ｇ／ｃｍ２の加重を印加して反射構造体４の接合面４ａとヒートシンク基板５の接合面５ａと接合して、接合構造体１８を形成する。
【００６２】
＜半導体基板および緩衝層除去工程＞
次に、図８に示すように、接合構造体１８から、半導体基板１１及び緩衝層１２ａをアンモニア系エッチャントにより選択的に除去する。これにより、発光層２を有する発光部３が形成される。
【００６３】
＜第１の電極形成工程＞
次に、真空蒸着法を用いて、発光部３の反射構造体４と反対側の面３ａに電極用導電膜を成膜する。前記電極用導電膜としては、例えば、ＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕからなる金属層構造を用いることができる。たとえば、ＡｕＧｅ（Ｇｅ質量比１２％）を０．１５μｍの厚さで成膜した後、Ｎｉを０．０５μｍの厚さで成膜し、さらにＡｕを１μｍの厚さで成膜する。
次に、一般的なフォトリソグラフィー手段を利用して、前記電極用導電膜を平面視円形状にパターニングして、ｎ型オーミック電極（第１の電極）６として、図１に示す発光ダイオード１を作製する。
【００６４】
なお、この後、例えば、４２０°Ｃで３分間熱処理を行って、ｎ型オーミック電極（第１の電極）６の各金属を合金化することが好ましい。これにより、ｎ型オーミック電極（第１の電極）６を低抵抗化することができる。
【００６５】
なお、発光ダイオードを所望の大きさに区画する切断部分の発光部３をエッチングで除去した後、０．８ｍｍピッチでレーザを用いて、前記切断部分の基板と接続層を所望の大きさの発光ダイオードチップ（ＬＥＤチップ）に切断する。発光ダイオードの大きさは、たとえば、平面視したときに略矩形状の発光部３の対角線の長さを１．１ｍｍとする。その後、発光部３の露出面を粘着シートで保護して、切断面を洗浄する。
【００６６】
本発明の発光ダイオードによれば、発光ダイオードにヒートシンク基板を接合する構成なので、高電流域においても、高い発光効率が得られている。
【００６７】
本発明の実施形態である発光ダイオードの製造方法は、半導体基板１１に緩衝層１２ａを介して発光層２を含む発光部３を形成した後、発光部３の半導体基板１１と反対側の面１３ａに第２の電極８を形成する工程と、発光部３の半導体基板１１と反対側の面１３ａに第２の電極８を介して反射構造体４を形成する工程と、発光部３に反射構造体４を介してヒートシンク基板５を接合する工程と、半導体基板１１および緩衝層１２ａを除去する工程と、発光部３のヒートシンク基板５と反対側の面３ａに第１の電極６を形成する工程と、を有する構成なので、接合の際の基板の割れを抑制して、高電圧を印加して、放熱性に優れ、高輝度で発光させることのできる発光ダイオードを製造できる。
【００６８】
本発明の実施形態である発光ダイオードの製造方法は、ヒートシンク基板５を、熱伝導率が１３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であって、熱膨張係数が前記発光部と略等しい第１の金属層２１と、熱伝導率が２３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の第２の金属層２２と、を高温下で圧着して形成する構成なので、接合の際の基板の割れを抑制して、放熱性に優れ、高電圧を印加して、高輝度で発光させることのできる発光ダイオードを製造できる。
【００６９】
＜発光ダイオードランプ＞
本発明の実施形態である発光ダイオードランプについて説明する。
図９は、本発明の実施形態である発光ダイオードランプの一例を示す断面模式図である。図９に示すように、本発明の実施形態である発光ダイオードランプ４０は、パッケージ基板４５と、パッケージ基板４５上に形成された２つの電極端子４３、４４と、電極端子４４上に搭載された発光ダイオード１と、発光ダイオード１を覆うように形成されたシリコンなどからなる透明樹脂（封止樹脂）４１と、を有している。
発光ダイオード１は、発光部３と反射構造部４とヒートシンク基板５と第１の電極６と第２の電極８を有しており、ヒートシンク基板５が電極端子４３と接続されるように配置されている。また、第１の電極６と電極端子４４とはワイヤーボンディングされている。電極端子４３、４４に印加された電圧が、第１の電極６と第２の電極８を介して発光部３に印加され、発光部３に含まれる発光層が発光する。発光された光は、正面方向ｆに取り出される。
【００７０】
パッケージ基板４５は、その熱抵抗が１０℃／Ｗ以下とされている。これにより、発光層２に１Ｗ以上の電力を加えて発光させたときでも、ヒートシンクとして機能させることができ、発光ダイオード１の放熱性をより高めることができる。
なお、パッケージ基板の形状は、これに限定されず、他の形状のパッケージ基板を用いてもよい。他の形状のパッケージ基板を用いたＬＥＤランプ製品においても、放熱性を十分確保できるので、高出力、高輝度の発光ダイオードランプとすることができる。
【００７１】
本発明の実施形態である発光ダイオードパッケージ４０は、発光ダイオード１と、発光ダイオード１を搭載するパッケージ基板４５とを有する発光ダイオードランプ４０であって、パッケージ基板４５の熱抵抗が１０℃／Ｗ以下である構成なので、放熱性に優れ、高電圧を印加して、高輝度で発光させることができる。
【００７２】
本発明の実施形態である発光ダイオードパッケージ４０は、発光ダイオード１の発光層２に１Ｗ以上の電力を加えて発光させる構成なので、放熱性に優れ、高電圧を印加して、高輝度で発光させることができる。
【００７３】
（第２の実施形態）
図１０は、本発明の実施形態である発光ダイオードの別の一例を示す図である。
図１０に示すように、本発明の実施形態である発光ダイオード（ＬＥＤ）５１は、ヒートシンク基板５の代わりにヒートシンク基板５５が用いられたほかは第１の実施形態と同様の構成とされている。なお、第１の実施形態で示した部材と同一の部材については同一の符号を付して示している。
【００７４】
本発明の実施形態である発光ダイオード（ＬＥＤ）５１は、発光層（図示略）を含む発光部３と、反射構造体４を介して発光部３に接合されたヒートシンク基板５５と、を有している。また、発光部３の反射構造体４と反対側の面３ａには第１の電極６が備えられており、発光部３の反射構造体４側の面３ｂには第２の電極８が備えられている。
ヒートシンク基板５５は、第１の金属層２１としてＭｏが用いられ、第２の金属層２２としてＣｕが用いられ、Ｍｏ（１μｍ）／Ｃｕ（５０μｍ）／Ｍｏ（２５μｍ）／Ｃｕ（５０μｍ）／Ｍｏ（１μｍ）の５層構造基板（厚さ１２７ｕｍ）が用いられている。
【００７５】
ヒートシンク基板５５の製造方法について説明すると、第１の実施形態で示したヒートシンク基板の製造方法を用いて、まず、Ｃｕ（５０μｍ）／Ｍｏ（２５μｍ）／Ｃｕ（５０μｍ）の３層構造基板を製造した後、スパッタ法により、前記３層構造基板の両面にＭｏを１μｍの厚さで成膜して、５層構造からなるヒートシンク基板５５を形成する。なお、ヒートシンク基板５５の熱膨張係数は、６．６ｐｐｍ／Ｋ、熱伝導率は２３０Ｗ／ｍ・Ｋとなる。
【００７６】
（第３の実施形態）
図１１は、本発明の実施形態である発光ダイオードのさらに別の一例を示す図である。
図１１に示すように、本発明の実施形態である発光ダイオード（ＬＥＤ）５２は、ヒートシンク基板５の代わりにヒートシンク基板５６が用いられたほかは第１の実施形態と同様の構成とされている。なお、第１の実施形態で示した部材と同一の部材については同一の符号を付して示している。
【００７７】
本発明の実施形態である発光ダイオード（ＬＥＤ）５２は、発光層（図示略）を含む発光部３と、反射構造体４を介して発光部３に接合されたヒートシンク基板５６と、を有している。また、発光部３の反射構造体４と反対側の面３ａには第１の電極６が備えられており、発光部３の反射構造体４側の面３ｂには第２の電極８が備えられている。
ヒートシンク基板５６は、第１の金属層２１としてＭｏが用いられ、第２の金属層２２としてＣｕが用いられ、Ｃｕ（３０μｍ）／Ｍｏ（２５μｍ）／Ｃｕ（３０μｍ）の３層構造基板（厚さ８５ｕｍ）が用いられている。
【００７８】
ヒートシンク基板５６の製造方法について説明すると、第１の実施形態で示したヒートシンク基板の製造方法を用いて、Ｃｕ（３０μｍ）／Ｍｏ（２５μｍ）／Ｃｕ（３０μｍ）の３層構造からなるヒートシンク基板５６を製造する。なお、ヒートシンク基板５６の熱膨張係数は、６．１ｐｐｍ／Ｋ、熱伝導率は２５０Ｗ／ｍ・Ｋとなる。
【００７９】
（第４の実施形態）
図１２は、本発明の実施形態である発光ダイオードの別の一例を示す図である。
図１２に示すように、本発明の実施形態である発光ダイオード（ＬＥＤ）５３は、反射構造体４の側面４ｄおよびヒートシンク基板５６の側面５６ｄおよび底面５６ｅを覆うように金属積層膜２５が形成されたほかは第３の実施形態と同様の構成とされている。なお、第１の実施形態で示した部材と同一の部材については同一の符号を付して示している。
【００８０】
本発明の実施形態である発光ダイオード（ＬＥＤ）５３は、発光層（図示略）を含む発光部３と、反射構造体４を介して発光部３に接合されたヒートシンク基板５６と、を有している。また、発光部３の反射構造体４と反対側の面３ａには第１の電極６が備えられており、発光部３の反射構造体４側の面３ｂには第２の電極８が備えられている。
ヒートシンク基板５６の発光部３と反対側の面（底面）５６ｂが銅からなり、ヒートシンク基板５６の底面５６ｂと側面５６ｄ及び反射構造体４の側面４ｄとを覆うようにＮｉ層とＡｕ層とからなる金属積層膜２５が形成されている。金属積層膜２５を形成することにより、放熱性を高めることができる。
なお、Ｎｉ層およびＡｕ層の成膜方法としてはメッキ法などを用いることができる。
【実施例】
【００８１】
以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明する。しかし、本発明はこれらの実施例にのみ限定されるものではない。
（実施例１）
まず、第１の実施形態に示した方法を用いて、Ｍｏ（２５μｍ）／Ｃｕ（７０μｍ）／Ｍｏ（２５μｍ）の３層構造からなる実施例１のヒートシンク基板を形成した。なお、ヒートシンク基板の接合面には、Ｐｔ（０．１μｍ）／Ａｕ（０．５μｍ）を成膜した。実施例１のヒートシンク基板の熱膨張係数は５．７ｐｐｍ／Ｋであり、熱伝導率は２２０Ｗ／ｍ・Ｋであった。
【００８２】
次に、第１の実施形態に示した方法を用いて、発光部と反射構造体を形成するとともに、これに前記ヒートシンク基板を接合して、実施例１の発光ダイオードを作製した。
コンタクト層１２ｂは、Ｓｉドープしたｎ型の（Ａｌ０．５Ｇａ０．５）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなり、キャリア濃度を２×１０１８ｃｍ−３とし、層厚を１．５μｍとした。クラッド層１０ａは、Ｓｉをドープしたｎ型の（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなり、キャリア濃度を８×１０１７ｃｍ−３とし、層厚を１μｍとした。発光層２は、アンドープの（Ａｌ０．２Ｇａ０．８）０．５Ｉｎ０．５Ｐ／（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐの１０対の積層構造からなり、層厚を０．８μｍとした。クラッド層１０ｂは、Ｍｇをドープしたｐ型の（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなり、キャリア濃度を２×１０１７ｃｍ−３とし、層厚を１μｍとした。また、ＧａＰ層１３は、Ｍｇをドープしたｐ型ＧａＰ層であり、キャリア濃度を３×１０１８ｃｍ−３とし、層厚を３μｍとした。
さらに、第１の電極は、ＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕの積層構造として形成し、第２の電極は、ＡｕＢｅ／Ａｕの積層構造とした。また、反射構造体としては、ＩＴＯからなる透明導電膜と、Ａｇ合金／Ｗ／Ｐｔ／Ａｕ／ＡｕＧｅからなる積層構造とした。
実施例１の発光ダイオードに２．４Ｖ印加し、５００ｍＡ通電して、主波長６２０ｎｍの赤色発光をさせた。約６５ｌｍ／Ｗの高い発光効率が得られた。このとき、発光ダイオードは、ヒートシンク基板の効果により、温度上昇による効率低下がなかった。
【００８３】
（実施例２）
まず、第２の実施形態に示した方法を用いて、Ｍｏ（１μｍ）／Ｃｕ（５０μｍ）／Ｍｏ（２５μｍ）／Ｃｕ（５０μｍ）／Ｍｏ（１μｍ）の５層構造（厚さ１２７ｕｍ）からなる実施例２のヒートシンク基板を製造した。
実施例２のヒートシンク基板の熱膨張係数は６．６ｐｐｍ／Ｋであり、熱伝導率は２３０Ｗ／ｍ・Ｋであった。
【００８４】
次に、実施例２のヒートシンク基板を用いたほかは実施例１と同様にして、実施例２の発光ダイオードを作製した。
実施例２の発光ダイオードに２．４Ｖ印加し、５００ｍＡ通電して、主波長６２０ｎｍの赤色発光をさせた。約６９ｌｍ／Ｗの高い発光効率が得られた。このとき、発光ダイオードは、ヒートシンク基板の効果により、温度上昇による効率低下がなかった。
【００８５】
（実施例３）
まず、第３の実施形態に示した方法を用いて、Ｃｕ（３０μｍ）／Ｍｏ（２５μｍ）／Ｃｕ（３０μｍ）の３層構造（厚さ８５μｍ）からなる実施例３のヒートシンク基板を製造した。
実施例３のヒートシンク基板の熱膨張係数は６．１ｐｐｍ／Ｋであり、熱伝導率は２５０Ｗ／ｍ・Ｋであった。
【００８６】
次に、実施例３のヒートシンク基板を用いたほかは実施例１と同様にして、実施例３の発光ダイオードを作製した。
実施例３の発光ダイオードに２．４Ｖ印加し、５００ｍＡ通電して、主波長６２０ｎｍの赤色発光をさせた。約７１ｌｍ／Ｗの高い発光効率が得られた。このとき、発光ダイオードは、ヒートシンク基板の効果により、温度上昇による効率低下がなかった。
【００８７】
（比較例１）
ヒートシンク基板としてＳｉ基板を用いたほかは実施例１と同様にして、比較例１の発光ダイオードを作製した。なお、Ｓｉ基板の熱膨張係数は３ｐｐｍ／Ｋであり、熱伝導率は１２６Ｗ／ｍ・Ｋであった。
比較例１の発光ダイオードに２．４Ｖ印加し、５００ｍＡ通電して、主波長６２０ｎｍの赤色発光をさせた。このとき、比較例１の発光ダイオードの発光効率は、温度上昇により低下して、約４９ｌｍ／Ｗであった。また、１０枚投入したウェーハの内４枚が生産工程で割れてしまった。つまり、割れ率（ウェーハ割れ率）は４０％で、生産性に課題があることが分かった。こ
【００８８】
（比較例２）
ヒートシンク基板としてＣｕ基板を用いたほかは実施例１と同様にして、比較例２の発光ダイオードを作製した。実施例１と同様に、発光部と反射構造体を形成した後、これに前記ヒートシンク基板を接合したとき、全てのウェーハに割れが生じた。Ｃｕ基板は、熱膨張係数が大きい為、割れたと考えられる。
【００８９】
（比較例３、４，５）
上記実施例１〜３、比較例１、２と同様にして、表１に示すヒートシンク基板を有する発光ダイオードを製造した。
実施例１〜３、比較例１〜５の発光ダイオードについて、ウェーハの割れ、および、発光効率（電流値５００ｍＡ時）を調べ、表１にまとめた。
表１に示すように、比較例３〜５の発光ダイオードは、割れは発生しなかった、しかし、比較例３〜５の発光ダイオードのヒートシンク基板の熱伝導率は小さく、比較例３〜５の発光ダイオードの発光効率は、温度上昇により低下した。
【００９０】
【表１】
【産業上の利用可能性】
【００９１】
本発明の発光ダイオードは、放熱特性を向上させて、従来にない高輝度で発光させる各種の表示ランプ、照明器具等に利用でき、前記表示ランプ、前記照明器具等を製造・利用する産業において利用可能性がある。
【符号の説明】
【００９２】
１…発光ダイオード（発光ダイオードチップ）、２…発光層、３…発光部、３ａ…反射構造体と反対側の面、３ｂ…反射構造体側の面、４…反射構造体、５…ヒートシンク基板、５ａ…接合面、５ｂ…接合面と反対側の面、６…第１の電極、８…第２の電極、８ｂ…発光部と反対側の面、１１…半導体基板（エピタキシャル成長用基板）、１１ａ…結晶成長面、１０ａ、１０ｂ…クラッド層、１２ａ…緩衝層、１２ｂ…コンタクト層、１３…ＧａＰ層、１３ａ…半導体基板と反対側の面、１４…透明導電膜、１５…金属接合膜、１５ｂ…発光部と反対側の面、１７…エピタキシャル積層体、２１…第１の金属層、２２…第２の金属層、２５…金属積層膜、４０…発光ダイオードランプ、４１…樹脂、４３、４４…電極端子、４５…基板、４６…ワイヤー、５１、５２、５３…発光ダイオード（発光ダイオードチップ）、５５、５６…ヒートシンク基板。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光層を含む発光部にヒートシンク基板が接合された発光ダイオードであって、
前記ヒートシンク基板は、第１の金属層と第２の金属層とが交互に積層されてなり、
前記第１の金属層は、熱伝導率が１３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であって、熱膨張係数が前記発光部の材料と略等しい材料からなり、
前記第２の金属層は、熱伝導率が２３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上である材料からなることを特徴とする発光ダイオード。
【請求項２】
前記第１の金属層の材料が、前記発光部の熱膨張係数の±１．５ｐｐｍ／Ｋ以内となる熱膨張係数を有する材料であることを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオード。
【請求項３】
前記第１の金属層が、モリブデン、タングステンまたはこれらの合金からなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の発光ダイオード。
【請求項４】
前記第２の金属層が、アルミニウム、銅、銀、金またはこれらの合金からなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の発光ダイオード。
【請求項５】
前記第１の金属層がモリブデンからなり、前記第２の金属層が銅からなり、前記第１の金属層と前記第２の金属層との層の数が合わせて３層以上９層以下とされていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の発光ダイオード。
【請求項６】
前記第１の金属層がモリブデンからなり、前記第１の金属層の合わせた厚さが、前記ヒートシンク基板の厚さの１５％以上４５％以下であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の発光ダイオード。
【請求項７】
前記発光部と前記ヒートシンク基板との間に反射構造体が備えられていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の発光ダイオード。
【請求項８】
前記発光層が、ＡｌＧａＩｎＰ層またはＡｌＧａＡｓ層を含むことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の発光ダイオード。
【請求項９】
前記発光層が、平面視したときに対角線の長さが１ｍｍ以上の略矩形状であり、前記発光層に１Ｗ以上の電力を加えて発光させることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の発光ダイオード。
【請求項１０】
前記ヒートシンク基板の前記発光部と反対側の面が銅からなり、前記ヒートシンク基板の前記発光部と反対側の面と側面とを覆うように金属積層膜が形成されていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の発光ダイオード。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか１項に記載の発光ダイオードと、前記発光ダイオードを搭載するパッケージ基板とを有する発光ダイオードランプであって、前記パッケージ基板の熱抵抗が１０℃／Ｗ以下であることを特徴とする発光ダイオードランプ。
【請求項１２】
前記発光ダイオードの発光層に１Ｗ以上の電力を加えて発光させることを特徴とする請求項１１に記載の発光ダイオードランプ。
【請求項１３】
半導体基板に緩衝層を介して発光層を含む発光部を形成した後、前記発光部の前記半導体基板と反対側の面に第２の電極を形成する工程と、
前記発光部の前記半導体基板と反対側の面に前記第２の電極を介して反射構造体を形成する工程と、
前記発光部に前記反射構造体を介してヒートシンク基板を接合する工程と、
前記半導体基板および前記緩衝層を除去する工程と、
前記発光部の前記ヒートシンク基板と反対側の面に第１の電極を形成する工程と、を有することを特徴とする発光ダイオードの製造方法。
【請求項１４】
前記ヒートシンク基板を、熱伝導率が１３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であって、熱膨張係数が前記発光部と略等しい第１の金属層と、熱伝導率が２３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の第２の金属層と、を高温下で圧着して形成することを特徴とする請求項１３に記載の発光ダイオードの製造方法。
【請求項１】
発光層を含む発光部にヒートシンク基板が接合された発光ダイオードであって、
前記ヒートシンク基板は、第１の金属層と第２の金属層とが交互に積層されてなり、
前記第１の金属層は、熱伝導率が１３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であって、熱膨張係数が前記発光部の材料と略等しい材料からなり、
前記第２の金属層は、熱伝導率が２３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上である材料からなることを特徴とする発光ダイオード。
【請求項２】
前記第１の金属層の材料が、前記発光部の熱膨張係数の±１．５ｐｐｍ／Ｋ以内となる熱膨張係数を有する材料であることを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオード。
【請求項３】
前記第１の金属層が、モリブデン、タングステンまたはこれらの合金からなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の発光ダイオード。
【請求項４】
前記第２の金属層が、アルミニウム、銅、銀、金またはこれらの合金からなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の発光ダイオード。
【請求項５】
前記第１の金属層がモリブデンからなり、前記第２の金属層が銅からなり、前記第１の金属層と前記第２の金属層との層の数が合わせて３層以上９層以下とされていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の発光ダイオード。
【請求項６】
前記第１の金属層がモリブデンからなり、前記第１の金属層の合わせた厚さが、前記ヒートシンク基板の厚さの１５％以上４５％以下であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の発光ダイオード。
【請求項７】
前記発光部と前記ヒートシンク基板との間に反射構造体が備えられていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の発光ダイオード。
【請求項８】
前記発光層が、ＡｌＧａＩｎＰ層またはＡｌＧａＡｓ層を含むことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の発光ダイオード。
【請求項９】
前記発光層が、平面視したときに対角線の長さが１ｍｍ以上の略矩形状であり、前記発光層に１Ｗ以上の電力を加えて発光させることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の発光ダイオード。
【請求項１０】
前記ヒートシンク基板の前記発光部と反対側の面が銅からなり、前記ヒートシンク基板の前記発光部と反対側の面と側面とを覆うように金属積層膜が形成されていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の発光ダイオード。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか１項に記載の発光ダイオードと、前記発光ダイオードを搭載するパッケージ基板とを有する発光ダイオードランプであって、前記パッケージ基板の熱抵抗が１０℃／Ｗ以下であることを特徴とする発光ダイオードランプ。
【請求項１２】
前記発光ダイオードの発光層に１Ｗ以上の電力を加えて発光させることを特徴とする請求項１１に記載の発光ダイオードランプ。
【請求項１３】
半導体基板に緩衝層を介して発光層を含む発光部を形成した後、前記発光部の前記半導体基板と反対側の面に第２の電極を形成する工程と、
前記発光部の前記半導体基板と反対側の面に前記第２の電極を介して反射構造体を形成する工程と、
前記発光部に前記反射構造体を介してヒートシンク基板を接合する工程と、
前記半導体基板および前記緩衝層を除去する工程と、
前記発光部の前記ヒートシンク基板と反対側の面に第１の電極を形成する工程と、を有することを特徴とする発光ダイオードの製造方法。
【請求項１４】
前記ヒートシンク基板を、熱伝導率が１３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であって、熱膨張係数が前記発光部と略等しい第１の金属層と、熱伝導率が２３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の第２の金属層と、を高温下で圧着して形成することを特徴とする請求項１３に記載の発光ダイオードの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１０−１９２７０１（Ｐ２０１０−１９２７０１Ａ）
【公開日】平成２２年９月２日（２０１０．９．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−３５７１０（Ｐ２００９−３５７１０）
【出願日】平成２１年２月１８日（２００９．２．１８）
【出願人】（０００００２００４）昭和電工株式会社 (3,251)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年９月２日（２０１０．９．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年２月１８日（２００９．２．１８）
【出願人】（０００００２００４）昭和電工株式会社 (3,251)
【Ｆターム（参考）】
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