ＬＥＤ発光素子用保持基板、その製造方法及びＬＥＤ発光素子
【課題】ＬＥＤを構成するIII−Ｖ族半導体結晶と線熱膨張率の差が小さく、かつ熱伝導性に優れ、更に製造時に使用される酸及びアルカリ溶液に対する耐薬品性に優れた高出力ＬＥＤ用として好適なＬＥＤ発光素子用保持基板を提供することである。
【解決手段】 外周部が厚み０．１〜２．０ｍｍのアルミニウムまたはアルミニウム合金で覆われており、両主面に金属含浸セラミックス複合体が露出した基板の両面に、アルミニウムまたはアルミニウム合金が厚み０．０５〜２μｍ形成され、窒素、アルゴン、水素、ヘリウム又は真空雰囲気中で４６０〜６５０℃で１分間以上加熱処理した後、全面に厚み０．５〜５μｍのＮｉめっき層および厚み０．０５〜２μｍの金めっき層を順次形成されたＬＥＤ発光素子用保持基板を提供する。
【解決手段】 外周部が厚み０．１〜２．０ｍｍのアルミニウムまたはアルミニウム合金で覆われており、両主面に金属含浸セラミックス複合体が露出した基板の両面に、アルミニウムまたはアルミニウム合金が厚み０．０５〜２μｍ形成され、窒素、アルゴン、水素、ヘリウム又は真空雰囲気中で４６０〜６５０℃で１分間以上加熱処理した後、全面に厚み０．５〜５μｍのＮｉめっき層および厚み０．０５〜２μｍの金めっき層を順次形成されたＬＥＤ発光素子用保持基板を提供する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＥＤ発光素子用保持基板、その製造方法及びＬＥＤ発光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＥＤ（発光ダイオード）は、半導体のｐｎ接合に順方向電流を流すと発光する素子であり、ＧａＡｓ、ＧａＮ等のＩＩＩ−Ｖ族半導体結晶を用いて製造される。たとえば、サファイア基板等の単結晶成長基板上に、ＧａＮ等のバッファー層を形成し、その上にＧａＮをエピタキシャル成長させる方法が提案されている（特許文献１）。しかし、この方法にあっては、サファイア基板とＧａＮとの線膨張係数差のために、エピタキシャル成長後のサファイア基板に反りが発生し、基板が割れることがあった。さらには、サファイア基板を構成する単結晶サファイアの熱伝導率が４０Ｗ／ｍＫ程度であるので、ＧａＮ等のＩＩＩ−Ｖ族半導体素子で発生する熱を十分に放熱することができなかった。このため、大電流を流す高出力ＬＥＤでは素子の温度が上昇して発光効率と素子寿命の低下を招いた。
【０００３】
放熱性を改善するため、単結晶成長基板上にＩＩＩ−Ｖ族半導体結晶をエピタキシャル成長させた後に、金属層を介して高熱伝導性の基板を接合し、その後、単結晶成長基板を除去する方法が提案されているが（特許文献２）、ＩＩＩ−Ｖ族半導体結晶との線膨張係数差が大きく、高出力ＬＥＤ用には十分満足できるものではなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特公平５−７３２５２号公報
【特許文献２】特開２００６−１２８７１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、ＩＩＩ−Ｖ族半導体結晶から構成されているＬＥＤ（以下、単にＬＥＤともいう。）との線膨張率差が小さく、しかも熱伝導性に優れた、ＬＥＤ発光素子用保持基板及びＬＥＤ発光素子を提供することである。
【０００６】
更に、本発明が解決しようとする課題は、ＬＥＤ発光素子製造時に使用される酸およびアルカリ溶液に対する、耐薬品性に優れた、高出力ＬＥＤ用として好適なＬＥＤ発光素子用保持基板を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
外周部が厚み０．１〜２．０ｍｍのアルミニウムまたはアルミニウム合金で覆われており、両主面に金属含浸セラミックス複合体が露出した基板の両主面に、アルミニウムまたはアルミニウム合金層が厚み０．０５〜２μｍで形成され、窒素、アルゴン、水素、ヘリウム又は真空雰囲気中で４６０〜６５０℃で１分間以上加熱処理した後、全面に厚み０．５〜５μｍのＮｉめっき層および厚み０．０５〜２μｍの金めっき層が順次形成されたＬＥＤ発光素子用保持基板である。
【０００８】
更に、本発明の金属含浸セラミックス複合体は、気孔率が１０〜５０体積％の炭化珪素からなる多孔体に、金属が含浸されてなるものであり、金属含浸セラミックス複合体の３点曲げ強度が５０ＭＰａ以上、温度２５℃の熱伝導率が１５０〜3００Ｗ／ｍＫ、温度２５℃〜１５０℃の線熱膨張係数が４×１０-6〜９×１０-6／Ｋ、体積固有抵抗が１０-9〜１０-5Ω・ｍであり、板厚が０．０５〜１．０ｍｍで、表面粗さ（Ｒａ）０．０１〜０．５μｍに、研削加工してなる。
【０００９】
更に、本発明は、下記の工程を順次経て製造される、ＬＥＤ発光素子。
（１）円板状又は平板状の単結晶成長基板の一主面上に、III−Ｖ族半導体結晶をエピタキシャル成長させる工程。
（２）III−Ｖ族半導体結晶面に金属層を介して、請求項１、２または３記載のＬＥＤ発光素子用保持基板を接合し、レーザー照射、エッチング、研削のいずれかの方法により、単結晶成長基板を除去する工程。
（３）III−Ｖ族半導体結晶面の表面加工、電極形成を行った後、切断加工する工程。
【００１０】
加えて、本発明は、単結晶成長基板が、単結晶サファイア、単結晶炭化珪素、単結晶ＧａＡｓ、単結晶Ｓｉの群から選ばれることを特徴とするＬＥＤ発光素子、又は、単結晶成長基板が、ＡｌＮ、ＳｉＣ、ＧａＮ、ＧａＡｓの群から選ばれる材料で表面コーティングされたことを特徴とするＬＥＤ発光素子である。
【００１１】
更に加えて、本発明は、III−Ｖ族半導体結晶が、ＧａＮ、ＧａＡｓ、ＧａＰのいずれかであることを特徴とするＬＥＤ発光素子である。
【発明の効果】
【００１２】
ＬＥＤを構成するIII−Ｖ族半導体結晶と線熱膨張率の差の小さい、高熱伝導性のＬＥＤ発光素子用保持基板が得られる。このＬＥＤ発光素子用保持基板を用いることにより、放熱性、信頼性に優れた高出力のＬＥＤ発光素子を提供することができる。更に、本発明のＬＥＤ発光素子用保持基板は、ＬＥＤ発光素子製造時に使用される酸及びアルカリ溶液に対する耐薬品性に優れると共に、導電性であり、ＬＥＤを構成するIII−Ｖ族半導体結晶の両面に電極を形成することができる。そのため、ＬＥＤ発光素子の製造プロセスの低減、並びに単位面積当たりの発光量の増加を達成できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】請求項１の金属含浸セラミックス複合体の説明図
【図２】ＬＥＤ発光素子用保持基板の説明図
【図３】本発明の一実施の形態を示す、ＬＥＤ発光素子の概略断面図
【図４】本発明の一実施の形態を示す、ＬＥＤ発光素子の概略断面図
【図５】本発明の一実施の形態を示す、ＬＥＤ発光素子の概略断面図
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明で用いる単結晶成長基板は、後の工程でエピタキシャル成長させるIII−Ｖ族半導体結晶との格子定数の差が小さく、かつ欠陥の少ない材料が必要である。結晶性と均一性の点から、単結晶材料を加工して用いるのが一般的である。これらの単結晶成長基板は、III−Ｖ族半導体結晶をエピタキシャル成長させる工程における温度、雰囲気に耐えることが必要である。このため、本発明で用いる単結晶成長基板用の材料は、単結晶サファイア、単結晶炭化珪素、単結晶ＧａＡｓ、単結晶Ｓｉの群から選ばれることが好ましい。更に、本発明で用いる単結晶成長基板は、ＡｌＮ、ＳｉＣ、ＧａＮ、ＧａＡｓの群から選ばれる材料で表面コーティングされることが好ましい。
【００１５】
ＬＥＤを構成するIII−Ｖ族半導体結晶は、ＬＥＤ発光素子としての変換効率の点から、ＧａＮ、ＧａＡｓ、ＧａＰのいずれかであることが好ましい。これらのIII−Ｖ族半導体結晶は高い発光効率が得られ、用途に応じて使い分けられる。III−Ｖ族半導体結晶は、用途毎の最適発光波長に応じて選択される。
【００１６】
本発明では、先ず、これらの単結晶成長基板の一主面上にエピタキシャル成長で、III−Ｖ族半導体結晶を成長させる。III−Ｖ族半導体結晶のエピタキシャル成長は、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）又はハライド気相エピタキシャル法（ＨＶＰＥ法）により行うことが好ましい。ＭＯＣＶＤ法は、結晶性の良いIII−Ｖ族半導体結晶を成長させるのに適しており、ＨＶＰＥ法は、結晶成長速度が速く、効率よくIII−Ｖ族半導体結晶を成長させることができる。これらの方法は公知であり、実施条件は適宜設定することができる。エピタキシャル成長の方法は、III−Ｖ族半導体結晶を成長させることのできる方法であれば、前記の方法に限定されるものではない。
【００１７】
エピタキシャル成長させたIII−Ｖ族半導体結晶は、発光特性を更に向上させるため、表面処理を施すことも可能である。また、結晶表面の均一性等を向上させるため、表面をエッチング処理や研磨処理することもある。保持基板と接合するため、III−Ｖ族半導体結晶の表面に蒸着法、スパッタ法等の手法により、金属層を形成する。金属層は、インジウム、アルミニウム、金、銀及びこれらの合金が好ましい。金属層の厚みは、金属の線熱膨張係数がIII−Ｖ族半導体結晶と異なる為、極端に厚いと密着性が低下して好ましくない。金属層の熱伝導率が低い場合は、放熱の面からも好ましくない。このため、金属層の厚みは、０．５〜１０μｍであることが好ましく、更に好ましくは、０．５〜２μｍである。
【００１８】
III−Ｖ族半導体結晶に接合するため、保持基板にも、同様に表面に蒸着法、スパッタ法等により、金属層を形成する。金属層は、インジウム、アルミニウム、金、銀及びこれらの合金が好ましい。保持基板に求められる特性は、（１）接合に耐え得る強度を有すること（２）接合面にボイドや異物等の介在物が無く、接合面が平坦であることである。（１）の条件を満たすには、保持基板の３点曲げ強度が５０ＭＰａ以上であり、好ましくは２００ＭＰａ以上である。（２）の条件を満たすには、保持基板の表面粗さ（Ｒａ）が０．０１〜０．５μｍであり、好ましくは、０．０１〜０．２μｍである。
【００１９】
III−Ｖ族半導体結晶と保持基板の接合は、必要に応じて加圧を行いながら、接合面を合わせた状態で加熱して行う。加熱温度は金属層の種類によって異なるが、一般に２５０℃〜５５０℃である。加圧の圧力は、２〜２０ＭＰａが一般的である。
【００２０】
保持基板は、III−Ｖ族半導体結晶と接合して用いる為、両材料の線熱膨張係数の差が小さいことが重要である。このため、保持基板に用いる金属含浸セラミックス複合体の温度４０℃〜１５０℃の線熱膨張係数が４×１０-6〜９×１０-6／Ｋであることが好ましい。更に好ましくは、４×１０-6〜７×１０-6／Ｋである。金属含浸セラミックス複合体の温度４０℃〜１５０℃での線熱膨張係数が４×１０-6〜９×１０-6／Ｋの範囲を外れた場合、接合するIII−Ｖ族半導体結晶又は成長基板との線熱膨張係数差により、接合後に反りが発生したり、ＬＥＤ発光素子として使用する際に接合層の剥離が発生したり、III−Ｖ族半導体結晶が割れてしまう場合があり好ましくない。
【００２１】
本発明の保持基板は、ＬＥＤ発光素子のベース基板となる。当該基板を介して、III−Ｖ族半導体素子で発生する熱の大半を放熱することとなり、当該基板には高い放熱特性が要求される。このため、保持基板に用いる金属含浸セラミックス複合体の温度２５℃での熱伝導率は、１００〜３００Ｗ／ｍＫであることが好ましく、更に好ましくは、１５０〜３００Ｗ／ｍＫである。熱伝導率が１００Ｗ／ｍＫ未満では、III−Ｖ族半導体素子で発生する熱を十分に放熱することができず、特に大電流を流す必要のある高出力ＬＥＤでは、素子の温度が上がり発光効率の低下、それに伴う素子寿命の低下が起こり好ましくない。一方、熱伝導率の上限値に関しては、特性面からの制約はないが、基板材料が極端に高価になってしまう。
【００２２】
放熱性の面から、保持基板の板厚は薄い方が好ましい。一方で、III−Ｖ族半導体素子の保持及びＬＥＤ発光素子作製時のハンドリング等に耐え得る強度が必要なため、一定の板厚が必要である。保持基板の板厚は、０．０５ｍｍ〜１ｍｍが好ましく、０．０５ｍｍ〜０．３ｍｍがより好ましい。保持基板の板厚が１ｍｍを超えるとＬＥＤ発光素子の放熱特性が低下して好ましくない。本発明の保持基板は、III−Ｖ族半導体結晶と接合した後、必要に応じて研磨等により薄板化することもできる。
【００２３】
本発明では、III−Ｖ族半導体結晶と保持基板とを金属層を介して接合した後、単結晶成長基板を除去する。単結晶成長基板の除去は、基板側よりレーザー照射を行い除去する方法が一般的である。この他にも、研磨やエッチングにより単結晶成長基板を除去することもできる。単結晶成長基板を除去したIII−Ｖ族半導体結晶面は、必要に応じて表面の研磨、エッチングを行い所望する表面形状に仕上げた後、蒸着法、スパッタ法等の手法により、電極を形成する。更に、レーザーカット又はダイシングにて所定形状に切断して、ＬＥＤ発光素子を製造する。
【００２４】
本発明の保持基板には、ＬＥＤ発光素子製造プロセスでの耐薬品特性が必要であり、具体的には、温度２５℃の５規定のＨＣｌ溶液及び温度７５℃の１０規定のＮａＯＨ溶液にそれぞれ１分間浸漬したときの少なくとも一主面の単位面積当たりの重量減少量が０． ２ｍｇ／ｃｍ２以下が好ましく、更に好ましくは、重量減少量が０．１ｍｇ／ｃｍ２以下である。温度２５℃の５規定のＨＣｌ溶液及び温度７５℃の１０規定のＮａＯＨ溶液にそれぞれ１分間浸漬したときの単位面積当たりの重量減少量が０．２ｍｇ／ｃｍ２を超えると、金属含浸セラミックス複合体中の金属成分の溶出に伴う熱伝導率等の特性低下が発生すると共に、レーザーカット又はダイシングにて所定形状に切断する際にチッピングが発生し、ＬＥＤ発光素子の歩留まりが低下するために好ましくない。本発明の保持基板の実使用においては、保持基板の一主面は、III−Ｖ族半導体結晶と金属層を介して接合されるため、非接合面が、上述した耐薬品特性を満たすものであればよい。
【００２５】
本発明の保持基板は、基板自体が導電性を有している。このため、ＬＥＤを構成するIII−Ｖ族半導体結晶の両面に電極を形成することができる。サファイア基板等の絶縁材料を基板として用いる場合、上部のｐ型又はｎ型のIII−Ｖ族半導体結晶の一部をエッチング等で除去して、同一面側に電極を形成する必要がある。本発明では、ＬＥＤ発光素子の製造プロセスの低減が可能である。更に、ｐ型又はｎ型の片方のIII−Ｖ族半導体結晶の一部をエッチング等で除去して電極形成する必要がないため、ＬＥＤ発光素子の単位面積当たりの発光量を増加させることができる。本発明の保持基板に用いる金属含浸セラミックス複合体の体積固有抵抗は、１０-9〜１０-5Ω・ｍが好ましい。体積固有抵抗が１０-5Ω・ｍを超えると、発光効率の低下等が起こり好ましくない。体積固有抵抗の下限値は、特性面での制約はないが、材料組成から１０-9Ω・ｍ以上が一般的である。
【００２６】
金属含浸セラミックス複合体の製法は、含浸法と粉末冶金法の２種に大別される。このうち、熱伝導率等の特性面から実際に商品化されているのは、含浸法によるものである。含浸法にも種々の製法があり、常圧で行う方法と、高圧下で行う方法（高圧鍛造法）がある。高圧鍛造法には、溶湯鍛造法とダイキャスト法がある。本発明に好適な方法は、高圧下で含浸を行う高圧鍛造法であり、熱伝導率等の特性に優れた緻密な複合体を得るには溶湯鍛造法が好ましい。溶湯鍛造法は、高圧容器内に、セラミックス粉末又は成形体を装填し、これにアルミニウム合金等の溶湯を高温、高圧下で含浸させて複合材料を得る方法である。
【００２７】
以下、溶湯鍛造法による製法例を説明する。原料であるセラミックスは、熱伝導率が高く、線熱膨張係数の小さい材料を用いる必要がある。本発明では、炭化珪素を用いる。本発明の金属含浸セラミックス複合体は、炭化珪素とアルミニウム合金を複合化することにより、熱伝導率及び線熱膨張係数を調整することができる。本発明の金属含浸セラミックス複合体は、炭化珪素を５０〜９０体積％含有し、残部がアルミニウム合金からなる複合材料である。炭化珪素の含有量は、好ましくは７０〜８５体積％である。炭化珪素の含有量が５０体積％未満では、得られる金属含浸セラミックス複合体の線熱膨張係数が大きくなり、ＬＥＤ発光素子用の基板材料として好ましくない。一方、炭化珪素の含有量が９０体積％を超えると、複合化時にアルミニウム合金を十分に含浸させることができず、その結果、熱伝導率が低下してしまい好ましくない。
【００２８】
セラミックスは、粉末のまま複合化することもできるが、無機バインダーを用いて成形体を作製するか、焼結処理を行って１０〜５０体積％の気孔率を有する多孔体（以下プリフォームと云う）を作製して複合化することが好ましい。このプリフォームの気孔率の調整は、原料粉末の粒度調整、成形圧力、焼結条件等によって行う。プリフォームの成形方法は、プレス成形、鋳込み成形等の一般的なセラミックス粉末の成形方法で成形することができる。プリフォームの外形は最終形状よりも０．３〜４．５ｍｍ小さい外形であることが好ましく、０．４〜４．０ｍｍ小さい外形であることがより好ましい。これにより得られる金属含浸セラミックス複合体の外周部に形成されるアルミニウムまたはアルミニウム合金の厚みは０．１〜２．０μｍとなる。プリフォームの外形が４．５ｍｍ以下では、外周部に形成されるアルミニウムまたはアルミニウム合金の厚みが２．０μｍよりも厚くなり発光素子を搭載させた最終製品の歩留りが低下し好ましくなく、０．３ｍｍ以上では外周部に形成されるアルミニウムを主成分とする金属層が０．１μｍ以下に薄くなりすぎて好ましくない。 プリフォームは厚み０．６〜５．０ｍｍの平板状、または円柱状に成形した後、厚み０．６〜５．０ｍｍに切断加工して用いる。更に、本発明では、最終形状として板厚が０．０５ｍｍ〜１ｍｍの板状に加工するため、３点曲げ強度が５０ＭＰａ以上のプリフォームを用いることが好ましい。プリフォームの強度が低いと、研削加工等で板厚を０．０５ｍｍ〜１ｍｍの板状に加工する際に、反りが発生することがある。
【００２９】
ついで、最終外形よりも小さく穴を開け、離型剤を塗布した厚みがプリフォームより０．1〜１．０ｍｍ薄い金属またはセラミックス枠にプリフォームを挿入し、個々の冶具は、離型剤を塗布した離型板を挟んで複数個を積層してボルト−ナット等で連結して積層体とする。プリフォームを挿入する枠は、ステンレス製、鉄製や黒鉛製の治具を用いることができ、より好ましくはプリフォームより０．２〜０．５ｍｍ薄い枠を用いるのが良い。厚みが０．１ｍｍより小さい場合は、アルミニウム合金が供給されず、含浸不良となり、１．０ｍｍ以上では、含浸後の離型性が悪く好ましくない。離型板としては、ステンレス板やセラミックス板を使用することがで、溶湯鍛造法にてアルミニウム合金が含浸されない緻密体であれば特に制限はない。また、治具や離型板に塗布する離型剤については、黒鉛、窒化ホウ素、アルミナ等の離型剤が使用できる。更に、好ましくは、治具や離型板表面をアルミナゾル等によりコーティングした後、離型剤を塗布することが好ましい。
【００３０】
得られた積層体は、温度６００〜８００℃程度で加熱後、高圧容器内に１個または２個以上配置し、積層体の温度低下を防ぐために出来るだけ速やかに、融点以上に加熱したアルミニウム合金の溶湯を給湯して３０ＭＰａ以上の圧力で加圧し、アルミニウム合金をプリフォームの空隙中に含浸させることで、金属含浸セラミックス複合体が得られる。なお、含浸時の歪み除去の目的で、含浸品のアニール処理を行うこともある。
【００３１】
積層体の加熱温度は、温度６００℃未満では、アルミニウム合金の複合化が不十分となり、得られる金属含浸セラミックス複合体の熱伝導率等の特性が低下してしまう。また、加熱温度が８００℃を超えると、アルミニウム合金との複合化時に、セラミックス粉末の表面の酸化が起こり、得られる金属含浸セラミックス複合体の熱伝導率等の特性が低下してしまう。更に、含浸時の圧力に関しては、３０ＭＰａ未満では、アルミニウム合金の複合化が不十分となり、得られる金属含浸セラミックス複合体の熱伝導率等の特性が低下してしまい好ましくない。好ましくは、含浸圧力は、５０ＭＰａ以上である。
【００３２】
本発明の金属含浸セラミックス複合体中のアルミニウム合金は、アルミニウムを７０質量％以上含有するアルミニウム合金である。アルミニウムの含有量が７０質量％未満では、アルミニウム合金の熱伝導率が低下し好ましくない。また、アルミニウム合金は、含浸時にプリフォームの空隙内に十分に浸透するために融点がなるべく低いことが好ましい。このようなアルミニウム合金として、例えばシリコンを５〜２５質量％含有したアルミニウム合金が挙げられる。更にマグネシウムを含有させることは、セラミックス粒子と金属部分との結合がより強固になり好ましい。アルミニウム合金中のアルミニウム、シリコン、マグネシウム以外の金属成分に関しては、極端に特性が変化しない範囲であれば特に制限はなく、例えば銅等が含まれていても良い。
【００３３】
次に、得られた板状の外周部がアルミニウムまたはアルミニウム合金で覆われた金属含浸セラミックス複合体を、両面研削盤、ロータリー研削盤、平面研削盤、ラップ盤等の加工機で、板厚が０．０５〜１ｍｍ、且つ、表面粗さ（Ｒａ）が０．０１〜１μｍになるように面加工を行った後、両面研削盤、ロータリー研削盤、平面研削盤、ラップ盤等の加工機で、板厚が０．１〜１ｍｍ、且つ、表面粗さ（Ｒａ）が０．０１〜１μｍになるように面加工を行う。
【００３４】
次に、外周部がアルミニウムまたはアルミニウム合金で覆われた板状の金属含浸セラミックス複合体は、表面を洗浄後、表面に厚みが０．０５〜２．０μｍのアルミニウム層を形成する。アルミニウム層厚みが０．０５μｍ以下では、アルミニウム層未着部分が発生または、めっきの前処理等でアルミニウム層が反応し、ピンホールの発生により、未メッキ部分が生じ、耐薬品性が低下して好ましくない。一方、アルミニウム層厚みが２.０μｍを超えると、アルミニウム層と金属含浸セラミックス複合体の線熱膨張係数が異なる為、両材料の熱膨張差による応力の発生、剥離の発生があり好ましくない。アルミニウム層厚みに関しては、より好ましくは０．３〜０．６μｍである。
【００３５】
アルミニウム層の形成方法としては、蒸着法又は、スパッタリング法により厚み０．０５〜１.０μｍに形成する。
【００３６】
蒸着法では、外周部へのアルミニウム層形成がされにくく、その後のめっき処理にてめっき未着となる可能性がある。上記方法にて製造した金属含浸セラミックス複合体は、外周部がアルミニウムまたはアルミニウム合金で覆われているため、全面がアルミニウムまたはアルミニウム合金で覆われた金属含浸セラミックス複合体となる。
【００３７】
アルミニウム層を構成するアルミニウム合金としては、アルミニウムを７０質量％以上含有するアルミニウム合金である。アルミニウムの含有量が７０質量％未満では、ジンケート処理による十分な密着のあるＮｉめっきが行えなくなるため好ましくない。アルミニウム合金中のアルミニウム、シリコン以外の金属成分に関しては、極端に特性が変化しない範囲であれば特に制限はなく、例えばマグネシウム、銅等が含まれていても良い。
【００３８】
また、本発明では、金属含浸セラミックス複合体とアルミニウム層との密着性を向上させるため窒素、アルゴン、水素、ヘリウム又は真空雰囲気中で、温度４６０〜６５０℃で１分間以上加熱処理を行う。酸化性雰囲気下で処理を行うと、表面に酸化膜が形成され、その後のめっき不良が生じるため、好ましくない。温度は好ましくは、４８０〜５７０℃である。温度が４６０℃以下では、金属含浸セラミックス複合体とアルミニウム層の密着が悪くなってしまい、６５０℃以上では、アルミニウム層が溶解してしまい、表面粗さが悪化してしまい好ましくない。
【００３９】
次に、アルミニウム層を形成させた金属含浸セラミックス複合体は、表面に無電解めっき法又は電気めっき法により、厚み０．５〜５．０μｍのＮｉめっき層、及び厚み０．０５〜２．０μｍの金めっき層を形成する。Ｎｉめっき層厚みが０．５μｍ以下では、ピンホールが発生し、耐薬品性が低下して好ましくない。一方、Ｎｉめっき層厚みが５．０μｍ以上では、熱伝導率特性の低下や、電気抵抗の増加等が生じ、好ましくない。金めっき層厚みが、０．０５μｍ以下では、ピンホールが発生し耐薬品性が低下して好ましくない。一方金めっき層厚みが２．０μｍ以上では、コストが上がり好ましくない。
【００４０】
めっきの前処理としては、ジンケート処理、パラジウム処理等があるが、アルミニウムとの密着力のあるめっきが可能なジンケート処理がより好ましい。
【実施例】
【００４１】
（実施例１）
〈ＬＥＤ発光素子用保持基板の作製〉
炭化珪素（以下、ＳｉＣという）粉末Ａ（大平洋ランダム社製、ＮＧ−６０、平均粒子径２００μｍ）１８００ｇ、炭化珪素粉末Ｂ（大平洋ランダム社製、ＮＧ−６００、平均粒子径２０μｍ）９００ｇ、炭化珪素粉末Ｃ（大平洋ランダム社製、ＮＣ−６０００、平均粒子径２μｍ）３００ｇ、及び成形バインダー（メチルセルロース、信越化学工業社製、「メトローズ」）１５０ｇを秤取し、攪拌混合機で３０分間混合した後、Φ５５ｍｍ×１１０ｍｍの寸法の円柱状に面圧１０ＭＰａでプレス成形した後、成形圧力１００ＭＰａでＣＩＰ成形して成形体を作製した。
【００４２】
得られた成形体を、大気雰囲気中、温度６００℃で２時間脱脂処理後、アルゴン雰囲気下、温度２１００℃で２時間焼成して、気孔率が２０体積％のＳｉＣプリフォームを作製した。得られたＳｉＣプリフォームを、マシニングセンターでダイヤモンド製の砥石を用いて、外形寸法がΦ４９．２ｍｍ×１００ｍｍの形状に加工した。さらに、研削加工により３点曲げ強度測定用試験体（３ｍｍ×４ｍｍ×４０ｍｍ）を作製し、３点曲げ強度を測定した。３点曲げ強度は１２０ＭＰａであった。
【００４３】
得られたＳｉＣプリフォームをマルチワイヤ―ソ-にて厚み１．４ｍｍにスライス加工した後、窒化硼素の離型剤を塗布したΦ５０．３ｍｍの穴の開いた厚み１．２ｍｍ、外形寸法：７０ｍｍ×７０ｍｍ×１００ｍｍのステンレス板に挿入し、次に、７０ｍｍ×１００ｍｍ×０．８ｍｍｔのステンレス板に黒鉛離型材を塗布して離型板を作製し、１４０．８ｍｍ×１４０．８ｍｍ×１００ｍｍの形状となる様に離型板を挟んで積層して、両側に１２ｍｍ厚みの鉄板を配置して、Ｍ１０のボルト８本で連結して一つの積層体とした。次に、積層体を電気炉で温度７００℃に予備加熱した後、あらかじめ加熱しておいた内径Φ４００ｍｍ×３００ｍｍＨのプレス型内に収め、シリコンを１２質量％及びマグネシウムを１質量％含有するアルミニウム合金の溶湯（温度：８００℃）を注ぎ、１００ＭＰａの圧力で２５分間加圧してＳｉＣプリフォームにアルミニウム合金を含浸させた。室温まで冷却した後、湿式バンドソーにて離型板の形状に沿って切断し、離型板を剥がし、ステンレス板から金属含浸セラミックス複合体を抜き出した。得られた金属含浸セラミックス複合体は、含浸時の歪み除去のために５３０℃の温度で３時間アニール処理を行った。
【００４４】
次に、得られた金属含浸セラミックス複合体から、研削加工により熱膨張係数測定用試験体（直径３ｍｍ長さ１０ｍｍ）、熱伝導率測定用試験体（２５ｍｍ×２５ｍｍ×１ｍｍ）、３点曲げ強度測定用試験体（３ｍｍ×４ｍｍ×４０ｍｍ）、体積固有抵抗測定用試験体（５０ｍｍ×５０ｍｍ×５ｍｍ）を作製した。それぞれの試験体を用いて、温度２５℃〜１５０℃の熱膨張係数を熱膨張計（セイコー電子工業社製；ＴＭＡ３００）で、温度２５℃での熱伝導率をレーザーフラッシュ法（アルバック社製；ＴＣ３０００）で、３点曲げ強度を曲げ強度試験機で、体積固有抵抗を４端子法（ＪＩＳ Ｒ１６３７に準拠）で測定した。その結果、温度４０℃〜１５０℃の熱膨張係数は４．９×１０−６／Ｋ、温度２５℃での熱伝導率は２５０Ｗ／ｍＫ、３点曲げ強度は３５０ＭＰａ、体積固有抵抗は８×１０−７Ω・ｍであった。
【００４５】
上記で得られた、外周に０．７ｍｍのアルミニウム合金層が形成された円板状の金属含浸セラミックス複合体を、両面研削盤で＃６００のダイヤモンド砥石を用いて板厚０．２２ｍｍに研削加工した後、ラップ盤でダイヤモンドの砥粒を用いて、板厚０．２ｍｍでまで研磨加工を行った後、純水中、次にイソプロピルアルコール中で超音波洗浄を行い、乾燥して金属含浸セラミックス複合材料基板を作製した。表面粗さ（Ｒａ）を表面粗さ計で測定した結果、Ｒａ０．０５μｍであった。
【００４６】
次に、この金属基複合材料を、蒸着法により複合材料の表面に０．５μｍ厚のアルミニウム層を形成し、窒素雰囲気下で５３０℃で３０分間加熱処理を行った。次にアルミニウム層を形成させた金属含浸セラミックス複合材料基板に、無電解Ｎｉ−P及び電気金めっきを行い、表面に１．３μｍ（Ｎｉ-P:１μｍ＋Ａｕ：０．３μｍ）のめっき層を形成した。得られた金属含浸セラミックス複合材料基板の特性値はめっき層金属の物性値とめっき前の金属含浸セラミックス複合材料基板の物性値の厚み比率から計算により算出した。その結果を表１に示す。また、めっき膜形成後の金属基複合材料を、温度２５℃の５規定のＨＣｌ溶液及び温度７５℃の１０規定のＮａＯＨ溶液に１分間浸漬し、個々の処理による単位面積当たりの重量減少量を測定した。更に、めっき後の金属含浸セラミックス複合材料基板の表面粗さ（Ｒａ）を表面粗さ計で測定した。その結果を表２に示す。
【００４７】
【表１】
【００４８】
【表２】
【００４９】
〈ＬＥＤ発光素子の作製〉
板厚が０．５ｍｍの単結晶サファイア基板上に、アンモニアガスとトリメチルガリウムを使用し、キャリアガスとして水素と窒素の混合ガスを用いて、温度１１００℃でＭＯＣＶＤ法により、（１）〜（４）のＧａＮ単結晶を４μｍの厚さに成長させた。図１に構造を示す。
（１）ｎ型ＧａＮバッファー層 ２
（２）ｎ型ＧａＮ半導体層 ３
（３）ＧａＮ活性層（発光層） ４
（４）ｐ型ＧａＮ半導体層 ５
【００５０】
次に、ｐ型ＧａＮ半導体層の表面に、真空蒸着法で、銀／錫合金を２μｍの厚さに蒸着した。一方、ＬＥＤ発光素子用保持基板の片側の表面にも、同様の方法で銀／錫合金を２μｍの厚さに蒸着した。両基板を銀／錫合金層が接する図１の様に積層し、温度４００℃で、５ＭＰａの加圧下で５分間保持し接合した。得られた接合体は、サファイア基板側より、出力４０ＭＷ／ｃｍ2となるように、窒素ガスレーザーを照射し、サファイア基板を剥離した。レーザー照射により、ｎ型ＧａＮバッファー層がＧａと窒素に分解されて、発生した窒素ガスによりサファイア基板を剥離することができた。
【００５１】
その後、表面に露出したｎ型ＧａＮバッファー層をエッチングにより除去した後、酸化インジウム錫の透明導電体層を形成した。その後、ｎ型電極としてＡｕを蒸着して、ダイシングにより、個々のＬＥＤ発光素子とした。得られたＬＥＤ発光素子は、保持基板からの放熱により素子温度の上昇による発光効率の低下がおさえられることを確認した。
【００５２】
（実施例２〜８、比較例１〜３）
実施例１で作製した金属含浸セラミックス複合材料基板に蒸着法によりアルミニウム層を０．５μｍまたは０．６μｍ形成し、窒素雰囲気下で５３０℃で３０分間加熱処理をしたアルミニウム形成金属含浸セラミックス複合材料基板の表面に表４に示すめっき膜を形成した。得られた金属含浸セラミックス複合材料基板の特性値を表３に示す。また、めっき膜形成後の金属基複合材料を、温度２５℃の５規定のＨＣｌ溶液及び温度７５℃の１０規定のＮａＯＨ溶液に１分間浸漬し、個々の処理による単位面積当たりの重量減少量を測定した。更に、めっき膜形成後の金属含浸セラミックス複合材料基板の表面粗さ（Ｒａ）を表面粗さ計で測定した。その結果を表４に示す。
【００５３】
【表３】
【００５４】
【表４】
【００５５】
（実施例９〜１２、比較例４）
実施例１で作製した金属含浸セラミックス複合材料基板に蒸着法により表５に示す厚みのアルミニウム層を形成し、窒素雰囲気下で５３０℃で３０分間加熱処理をしたアルミニウム形成金属含浸セラミックス複合材料基板の表面に厚み１．２μｍのNiめっきおよび０．３μｍのめっき膜形成した。得られた金属基複合材料の特性値を表５に示す。また、めっき膜形成後の金属含浸セラミックス複合材料基板を、温度２５℃の５規定のＨＣｌ溶液及び温度７５℃の１０規定のＮａＯＨ溶液に１分間浸漬し、個々の処理による単位面積当たりの重量減少量を測定した。更に、めっき膜形成後の金属含浸セラミックス複合材料基板の表面粗さ（Ｒａ）を表面粗さ計で測定した。その結果を表６に示す。
また、比較例４では、めっき未着がみられた。
【００５６】
【表５】
【００５７】
【表６】
【００５８】
（実施例１３〜１９）
〈ＬＥＤ発光素子用保持基板の作製〉
炭化珪素（以下、ＳｉＣという）粉末Ａ（大平洋ランダム社製、ＮＧ−６０、平均粒子径２００μｍ）１８００ｇ、炭化珪素粉末Ｂ（大平洋ランダム社製、ＮＧ−６００、平均粒子径２０μｍ）９００ｇ、炭化珪素粉末Ｃ（大平洋ランダム社製、ＮＣ−６０００、平均粒子径２μｍ）３００ｇ、及び成形バインダー（メチルセルロース、信越化学工業社製、「メトローズ」）１５０ｇを秤取し、攪拌混合機で３０分間混合した後、Φ５５ｍｍ×１．５ｍｍの寸法の円柱状に面圧３０ＭＰａでプレス成形して成形体を作製した。
【００５９】
上記で得られた成形体を、大気雰囲気中、温度６００℃で２時間脱脂処理後、アルゴン雰囲気下、温度１９５０℃で２時間焼成して、気孔率が３０体積％のＳｉＣプリフォームを作製した。得られたＳｉＣプリフォームを、マシニングセンターでダイヤモンド製の砥石を用いて、外形寸法がΦ５０.０ｍｍ×１．０ｍｍの形状に加工した。さらに、同様の方法で作製した気孔率３０％のφ５０ｍｍ×１０ｍｍの寸法のＳｉＣプリフォームを研削加工により３点曲げ強度測定用試験体（３ｍｍ×４ｍｍ×４０ｍｍ）を作製し、３点曲げ強度を測定した。３点曲げ強度は８０ＭＰａであった。
【００６０】
該ＳｉＣプリフォームに窒化硼素の離型剤を塗布したΦ５０．３ｍｍの穴の開いた厚み０．８ｍｍ、外形寸法：７０ｍｍ×７０ｍｍ×１００ｍｍのステンレス板に挿入し、次に、７０ｍｍ×１００ｍｍ×０．８ｍｍｔのステンレス板に黒鉛離型材を塗布して離型板を作製し、１４０．８ｍｍ×１４０．８ｍｍ×１００ｍｍの形状となる様に離型板を挟んで積層して、両側に１２ｍｍ厚みの鉄板を配置して、Ｍ１０のボルト８本で連結して一つの積層体とした。次に、積層体を電気炉で温度７００℃に予備加熱した後、あらかじめ加熱しておいた内径Φ４００ｍｍ×３００ｍｍＨのプレス型内に収め、シリコンを１２質量％及びマグネシウムを１質量％含有するアルミニウム合金の溶湯（温度：８００℃）を注ぎ、１００ＭＰａの圧力で２５分間加圧してＳｉＣプリフォームにアルミニウム合金を含浸させた。室温まで冷却した後、湿式バンドソーにて離型板の形状に沿って切断し、離型板を剥がし、ステンレス板から金属含浸セラミックス複合体を抜き出した。得られた金属含浸セラミックス複合体は、含浸時の歪み除去のために５３０℃の温度で３時間アニール処理を行った。
【００６１】
次に、得られた金属含浸セラミックス複合体より、研削加工により熱膨張係数測定用試験体（直径３ｍｍ長さ１０ｍｍ）、熱伝導率測定用試験体（２５ｍｍ×２５ｍｍ×１ｍｍ）、３点曲げ強度測定用試験体（３ｍｍ×４ｍｍ×４０ｍｍ）、体積固有抵抗測定用試験体（５０ｍｍ×５０ｍｍ×５ｍｍ）を作製した。それぞれの試験体を用いて、実施例１と同様の方法で測定した。その結果、温度４０℃〜１５０℃の熱膨張係数は６．９×１０−６／Ｋ、温度２５℃での熱伝導率は２２０Ｗ／ｍＫ、３点曲げ強度は３８０ＭＰａ、体積固有抵抗は４×１０−７Ω・ｍであった。
【００６２】
上記で得られた、外周に０．４ｍｍのアルミニウム合金層が形成された円板状の金属含浸セラミックス複合体を、両面研削盤で＃８００のダイヤモンド砥石を用いて、板厚０．２ｍｍに研削加工を行い、金属含浸セラミックス複合材料基板を作製した。
【００６３】
次に、この金属含浸セラミックス複合材料基板の表面を洗浄後、蒸着法により厚み１．０μｍまたは０．６μｍのアルミニウム層を形成した。次にアルミニウム層を形成させた金属含浸セラミックス複合材料基板を表７に示す条件にて加熱処理を行った後、無電解Ｎｉ−P及び電気金めっきを行い、表面に１．３μｍ（Ｎｉ-P:１μｍ＋Ａｕ：０．３μｍ）のめっき層を形成した。得られた金属含浸セラミックス複合材料基板の特性値を表７に示す。また、めっき膜形成後の金属含浸セラミックス複合材料基板を、温度２５℃の５規定のＨＣｌ溶液及び温度７５℃の１０規定のＮａＯＨ溶液に１分間浸漬し、個々の処理による単位面積当たりの重量減少量を測定した。更に、めっき膜形成後の金属含浸セラミックス複合材料基板の表面粗さ（Ｒａ）を表面粗さ計で測定した。その結果を表８に示す。
【００６４】
【表７】
【００６５】
【表８】
【００６６】
〈ＬＥＤ発光素子の作製〉
次に、実施例１３〜１９のＬＥＤ発光素子用保持基板を用いたＬＥＤ発光素子の作製例を記載する。
板厚が０．５ｍｍの単結晶Ｓｉ基板上に、ＣＶＤ法でＳｉＣ層を２μｍ形成して成長基板を作製した後、アンモニアガスと塩化ガリウムを使用し、キャリアガスとして水素ガスを用いて、温度１０５０℃でＨＶＰＥ法により、（１）〜（３）のＧａＮ単結晶を４μｍの厚さに成長させた。図３に構造を示す。
（１）ｎ型ＧａＮ半導体層 ３
（２）ＧａＮ活性層（発光層） ４
（３）ｐ型ＧａＮ半導体層 ５
【００６７】
次に、ｐ型ＧａＮ半導体層の表面に、真空蒸着法で、銀を０．５μｍの厚さに蒸着した後、Ａｕ／錫合金を１．５μｍの厚さに蒸着した。一方、実施例１３〜１９のＬＥＤ発光素子用保持基板の片側の表面にも、同様の方法でＡｕ／錫合金を１．５μｍの厚さに蒸着した。両基板をＡｕ／錫合金層が接する図３の様に積層し、温度５００℃で、５ＭＰａの加圧下で５分間保持し接合した。得られた接合体は、酸処理により単結晶Ｓｉ層をエッチング除去した後、研削加工によりＳｉＣ層を完全に除去した。
【００６８】
その後、露出したｎ型ＧａＮ層表面をエッチングにより、表面粗化した後、酸化インジウム錫の透明導電体層を形成した。次に、ｎ型電極としてＡｕを蒸着して、レーザー加工により、個々のＬＥＤ発光素子とした。得られたＬＥＤ発光素子は、保持基板からの放熱により素子温度の上昇による発光効率の低下がおさえられることを確認した。
【００６９】
（実施例２０〜２５、比較例５）
〈ＬＥＤ発光素子用保持基板の作製〉
炭化珪素粉末Ｄ（大平洋ランダム社製、ＮＧ−８０、平均粒子径：１５０μｍ）１３００ｇ、炭化珪素粉末Ｅ（屋久島電工社製、ＧＣ−１０００Ｆ、平均粒子径：１０μｍ）７００ｇ、シリカゾル（日産化学社製：スノーテックス）３００ｇを秤取し、攪拌混合機で３０分間混合した後、Φ１１０ｍｍ×１００ｍｍの寸法の円柱状に面圧３０ＭＰａでプレス成形して成形体を作製した。得られた成形体を、温度１２０℃で１時間乾燥後、窒素雰囲気下、温度１４００℃で２時間焼成して、気孔率が３５体積％のＳｉＣプリフォームを得た。得られたＳｉＣプリフォームは、マシニングセンターでダイヤモンド砥石を用いて、外形寸法が、表９に示す外形に加工した。得られたＳｉＣプリフォームより、研削加工により３点曲げ強度測定用試験体（３ｍｍ×４ｍｍ×４０ｍｍ）を作製し、３点曲げ強度を測定した。その結果、３点曲げ強度が、５０ＭＰａであった。
【００７０】
得られたＳｉＣプリフォームをマルチワイヤ―ソ-にて厚み１．２ｍｍにスライス加工した後、窒化硼素の離型剤を塗布した表９に示す径の穴の開いた厚み１．０ｍｍ、外形寸法：７０ｍｍ×７０ｍｍ×１００ｍｍのステンレス板に挿入し、次に、７０ｍｍ×１００ｍｍ×０．８ｍｍｔのステンレス板に黒鉛離型材を塗布して離型板を作製し、１４０．８ｍｍ×１４０．８ｍｍ×１００ｍｍの形状となる様に離型板を挟んで積層して、両側に１２ｍｍ厚みの鉄板を配置して、Ｍ１０のボルト８本で連結して一つの積層体とした。次に、積層体を電気炉で温度７００℃に予備加熱した後、あらかじめ加熱しておいた内径Φ４００ｍｍ×３００ｍｍＨのプレス型内に収め、シリコンを１２質量％及びマグネシウムを１質量％含有するアルミニウム合金の溶湯（温度：８００℃）を注ぎ、１００ＭＰａの圧力で２５分間加圧してＳｉＣプリフォームにアルミニウム合金を含浸させた。室温まで冷却した後、湿式バンドソーにて離型板の形状に沿って切断し、離型板を剥がし、旋盤で黒鉛治具部分を除去してΦ５２ｍｍ×１００ｍｍ形状の金属含浸セラミックス複合体を得た。得られた金属含浸セラミックス複合体は、含浸時の歪み除去のために５３０℃の温度で３時間アニール処理を行った。
【００７１】
次に、得られた金属含浸セラミックス複合体より、研削加工により熱膨張係数測定用試験体（直径３ｍｍ長さ１０ｍｍ）、熱伝導率測定用試験体（２５ｍｍ×２５ｍｍ×１ｍｍ）、３点曲げ強度測定用試験体（３ｍｍ×４ｍｍ×４０ｍｍ）、体積固有抵抗測定用試験体（５０ｍｍ×５０ｍｍ×５ｍｍ）を作製した。それぞれの試験体を用いて、実施例１と同様の方法で測定した。その結果、温度４０℃〜１５０℃の熱膨張係数は７．６×１０−６／Ｋ、温度２５℃での熱伝導率は２００Ｗ／ｍＫ、３点曲げ強度は４００ＭＰａ、体積固有抵抗は３×１０−７Ω・ｍであった。
【００７２】
上記で得られた、表９に示す厚みのアルミニウム合金層が外周に形成された円板状の金属含浸セラミックス複合体を、両面研削盤で＃８００のダイヤモンド砥石を用いて、板厚０．２ｍｍに研削加工を行い、金属含浸セラミックス複合材料基板を作製した。
【００７３】
次に、この金属含浸セラミックス複合材料基板の表面を洗浄後、蒸着法により０．６μｍのアルミニウム層を形成し、窒素雰囲気下で５４０℃で３０分間加熱処理を行った。次にアルミニウム層を形成させた金属含浸セラミックス複合材料基板に、無電解Ｎｉ−P及び電気金めっきを行い、表面に１．３μｍ（Ｎｉ-P:１μｍ＋Ａｕ：０．３μｍ）のめっき層を形成した。得られた金属含浸セラミックス複合材料基板の熱伝導率は２００Ｗ／ｍＫ、線熱膨張係数は７．６ｐｐｍ／Ｋ、体積固有抵抗は３×１０−７Ω・ｍであった。また、めっき膜形成後の金属含浸セラミックス複合材料基板を、温度２５℃の５規定のＨＣｌ溶液及び温度７５℃の１０規定のＮａＯＨ溶液に１分間浸漬し、個々の処理による単位面積当たりの重量減少量を測定した。更に、めっき膜形成後の金属含浸セラミックス複合材料基板の表面粗さ（Ｒａ）を表面粗さ計で測定した。その結果を表１０に示す。
【００７４】
【表９】
【００７５】
【表１０】
【００７６】
実施例２０〜２５で得られたＬＥＤ発光素子用保持基板を用いてＬＥＤ発光素子を作製し、保持基板からの放熱により素子温度の上昇による発光効率の低下がおさえられることを確認した。比較例５を用いてＬＥＤ発光素子の作製を行ったが、外周部のアルミニウム合金層の厚みが厚いため、外周１．０ｍｍの範囲のＬＥＤ発光素子が使用できず、収率が低下してしまった。
【産業上の利用可能性】
【００７７】
本発明のＬＥＤ発光素子用保持基板は、ＬＥＤを構成するＩＩＩ−ＩＶ族半導体結晶と線熱膨張率の小さい、高熱伝導性の保持基板であり、放熱性、信頼性に優れた高出力のＬＥＤ発光素子を提供することが出来る。更に、本発明のＬＥＤ発光素子用保持基板は、ＬＥＤ発光素子製造時に使用される酸及びアルカリ溶液に対する耐薬品性に優れると共に、導電性であり、ＬＥＤを構成するＩＩＩ-ＩＶ族半導体結晶の両面に電極を形成することができる。そのため、ＬＥＤ発光素子の製造プロセスの低減、並びに単位面積当たりの発光量の増加を達成でき、ＬＥＤ発光素子用の保持基板として有効である。
【符号の説明】
【００７８】
１）成長基板
２）成長基板上に形成された窒化物のバッファー層
３）ｎ型のIII−Ｖ族半導体層
４）発光層
５）ｐ型のIII−Ｖ族半導体層
６）金属層（反射層）
７）金属層
８）ＬＥＤ発光素子用保持基板
８１）金属含浸セラミックス複合体
８２）アルミニウムまたはアルミニウム合金
８３）アルミニウムまたはアルミニウム合金層
８４）めっき層
９）透明導電層
１０）表面コーティング層
１１）基材
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＥＤ発光素子用保持基板、その製造方法及びＬＥＤ発光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＥＤ（発光ダイオード）は、半導体のｐｎ接合に順方向電流を流すと発光する素子であり、ＧａＡｓ、ＧａＮ等のＩＩＩ−Ｖ族半導体結晶を用いて製造される。たとえば、サファイア基板等の単結晶成長基板上に、ＧａＮ等のバッファー層を形成し、その上にＧａＮをエピタキシャル成長させる方法が提案されている（特許文献１）。しかし、この方法にあっては、サファイア基板とＧａＮとの線膨張係数差のために、エピタキシャル成長後のサファイア基板に反りが発生し、基板が割れることがあった。さらには、サファイア基板を構成する単結晶サファイアの熱伝導率が４０Ｗ／ｍＫ程度であるので、ＧａＮ等のＩＩＩ−Ｖ族半導体素子で発生する熱を十分に放熱することができなかった。このため、大電流を流す高出力ＬＥＤでは素子の温度が上昇して発光効率と素子寿命の低下を招いた。
【０００３】
放熱性を改善するため、単結晶成長基板上にＩＩＩ−Ｖ族半導体結晶をエピタキシャル成長させた後に、金属層を介して高熱伝導性の基板を接合し、その後、単結晶成長基板を除去する方法が提案されているが（特許文献２）、ＩＩＩ−Ｖ族半導体結晶との線膨張係数差が大きく、高出力ＬＥＤ用には十分満足できるものではなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特公平５−７３２５２号公報
【特許文献２】特開２００６−１２８７１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、ＩＩＩ−Ｖ族半導体結晶から構成されているＬＥＤ（以下、単にＬＥＤともいう。）との線膨張率差が小さく、しかも熱伝導性に優れた、ＬＥＤ発光素子用保持基板及びＬＥＤ発光素子を提供することである。
【０００６】
更に、本発明が解決しようとする課題は、ＬＥＤ発光素子製造時に使用される酸およびアルカリ溶液に対する、耐薬品性に優れた、高出力ＬＥＤ用として好適なＬＥＤ発光素子用保持基板を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
外周部が厚み０．１〜２．０ｍｍのアルミニウムまたはアルミニウム合金で覆われており、両主面に金属含浸セラミックス複合体が露出した基板の両主面に、アルミニウムまたはアルミニウム合金層が厚み０．０５〜２μｍで形成され、窒素、アルゴン、水素、ヘリウム又は真空雰囲気中で４６０〜６５０℃で１分間以上加熱処理した後、全面に厚み０．５〜５μｍのＮｉめっき層および厚み０．０５〜２μｍの金めっき層が順次形成されたＬＥＤ発光素子用保持基板である。
【０００８】
更に、本発明の金属含浸セラミックス複合体は、気孔率が１０〜５０体積％の炭化珪素からなる多孔体に、金属が含浸されてなるものであり、金属含浸セラミックス複合体の３点曲げ強度が５０ＭＰａ以上、温度２５℃の熱伝導率が１５０〜3００Ｗ／ｍＫ、温度２５℃〜１５０℃の線熱膨張係数が４×１０-6〜９×１０-6／Ｋ、体積固有抵抗が１０-9〜１０-5Ω・ｍであり、板厚が０．０５〜１．０ｍｍで、表面粗さ（Ｒａ）０．０１〜０．５μｍに、研削加工してなる。
【０００９】
更に、本発明は、下記の工程を順次経て製造される、ＬＥＤ発光素子。
（１）円板状又は平板状の単結晶成長基板の一主面上に、III−Ｖ族半導体結晶をエピタキシャル成長させる工程。
（２）III−Ｖ族半導体結晶面に金属層を介して、請求項１、２または３記載のＬＥＤ発光素子用保持基板を接合し、レーザー照射、エッチング、研削のいずれかの方法により、単結晶成長基板を除去する工程。
（３）III−Ｖ族半導体結晶面の表面加工、電極形成を行った後、切断加工する工程。
【００１０】
加えて、本発明は、単結晶成長基板が、単結晶サファイア、単結晶炭化珪素、単結晶ＧａＡｓ、単結晶Ｓｉの群から選ばれることを特徴とするＬＥＤ発光素子、又は、単結晶成長基板が、ＡｌＮ、ＳｉＣ、ＧａＮ、ＧａＡｓの群から選ばれる材料で表面コーティングされたことを特徴とするＬＥＤ発光素子である。
【００１１】
更に加えて、本発明は、III−Ｖ族半導体結晶が、ＧａＮ、ＧａＡｓ、ＧａＰのいずれかであることを特徴とするＬＥＤ発光素子である。
【発明の効果】
【００１２】
ＬＥＤを構成するIII−Ｖ族半導体結晶と線熱膨張率の差の小さい、高熱伝導性のＬＥＤ発光素子用保持基板が得られる。このＬＥＤ発光素子用保持基板を用いることにより、放熱性、信頼性に優れた高出力のＬＥＤ発光素子を提供することができる。更に、本発明のＬＥＤ発光素子用保持基板は、ＬＥＤ発光素子製造時に使用される酸及びアルカリ溶液に対する耐薬品性に優れると共に、導電性であり、ＬＥＤを構成するIII−Ｖ族半導体結晶の両面に電極を形成することができる。そのため、ＬＥＤ発光素子の製造プロセスの低減、並びに単位面積当たりの発光量の増加を達成できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】請求項１の金属含浸セラミックス複合体の説明図
【図２】ＬＥＤ発光素子用保持基板の説明図
【図３】本発明の一実施の形態を示す、ＬＥＤ発光素子の概略断面図
【図４】本発明の一実施の形態を示す、ＬＥＤ発光素子の概略断面図
【図５】本発明の一実施の形態を示す、ＬＥＤ発光素子の概略断面図
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明で用いる単結晶成長基板は、後の工程でエピタキシャル成長させるIII−Ｖ族半導体結晶との格子定数の差が小さく、かつ欠陥の少ない材料が必要である。結晶性と均一性の点から、単結晶材料を加工して用いるのが一般的である。これらの単結晶成長基板は、III−Ｖ族半導体結晶をエピタキシャル成長させる工程における温度、雰囲気に耐えることが必要である。このため、本発明で用いる単結晶成長基板用の材料は、単結晶サファイア、単結晶炭化珪素、単結晶ＧａＡｓ、単結晶Ｓｉの群から選ばれることが好ましい。更に、本発明で用いる単結晶成長基板は、ＡｌＮ、ＳｉＣ、ＧａＮ、ＧａＡｓの群から選ばれる材料で表面コーティングされることが好ましい。
【００１５】
ＬＥＤを構成するIII−Ｖ族半導体結晶は、ＬＥＤ発光素子としての変換効率の点から、ＧａＮ、ＧａＡｓ、ＧａＰのいずれかであることが好ましい。これらのIII−Ｖ族半導体結晶は高い発光効率が得られ、用途に応じて使い分けられる。III−Ｖ族半導体結晶は、用途毎の最適発光波長に応じて選択される。
【００１６】
本発明では、先ず、これらの単結晶成長基板の一主面上にエピタキシャル成長で、III−Ｖ族半導体結晶を成長させる。III−Ｖ族半導体結晶のエピタキシャル成長は、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）又はハライド気相エピタキシャル法（ＨＶＰＥ法）により行うことが好ましい。ＭＯＣＶＤ法は、結晶性の良いIII−Ｖ族半導体結晶を成長させるのに適しており、ＨＶＰＥ法は、結晶成長速度が速く、効率よくIII−Ｖ族半導体結晶を成長させることができる。これらの方法は公知であり、実施条件は適宜設定することができる。エピタキシャル成長の方法は、III−Ｖ族半導体結晶を成長させることのできる方法であれば、前記の方法に限定されるものではない。
【００１７】
エピタキシャル成長させたIII−Ｖ族半導体結晶は、発光特性を更に向上させるため、表面処理を施すことも可能である。また、結晶表面の均一性等を向上させるため、表面をエッチング処理や研磨処理することもある。保持基板と接合するため、III−Ｖ族半導体結晶の表面に蒸着法、スパッタ法等の手法により、金属層を形成する。金属層は、インジウム、アルミニウム、金、銀及びこれらの合金が好ましい。金属層の厚みは、金属の線熱膨張係数がIII−Ｖ族半導体結晶と異なる為、極端に厚いと密着性が低下して好ましくない。金属層の熱伝導率が低い場合は、放熱の面からも好ましくない。このため、金属層の厚みは、０．５〜１０μｍであることが好ましく、更に好ましくは、０．５〜２μｍである。
【００１８】
III−Ｖ族半導体結晶に接合するため、保持基板にも、同様に表面に蒸着法、スパッタ法等により、金属層を形成する。金属層は、インジウム、アルミニウム、金、銀及びこれらの合金が好ましい。保持基板に求められる特性は、（１）接合に耐え得る強度を有すること（２）接合面にボイドや異物等の介在物が無く、接合面が平坦であることである。（１）の条件を満たすには、保持基板の３点曲げ強度が５０ＭＰａ以上であり、好ましくは２００ＭＰａ以上である。（２）の条件を満たすには、保持基板の表面粗さ（Ｒａ）が０．０１〜０．５μｍであり、好ましくは、０．０１〜０．２μｍである。
【００１９】
III−Ｖ族半導体結晶と保持基板の接合は、必要に応じて加圧を行いながら、接合面を合わせた状態で加熱して行う。加熱温度は金属層の種類によって異なるが、一般に２５０℃〜５５０℃である。加圧の圧力は、２〜２０ＭＰａが一般的である。
【００２０】
保持基板は、III−Ｖ族半導体結晶と接合して用いる為、両材料の線熱膨張係数の差が小さいことが重要である。このため、保持基板に用いる金属含浸セラミックス複合体の温度４０℃〜１５０℃の線熱膨張係数が４×１０-6〜９×１０-6／Ｋであることが好ましい。更に好ましくは、４×１０-6〜７×１０-6／Ｋである。金属含浸セラミックス複合体の温度４０℃〜１５０℃での線熱膨張係数が４×１０-6〜９×１０-6／Ｋの範囲を外れた場合、接合するIII−Ｖ族半導体結晶又は成長基板との線熱膨張係数差により、接合後に反りが発生したり、ＬＥＤ発光素子として使用する際に接合層の剥離が発生したり、III−Ｖ族半導体結晶が割れてしまう場合があり好ましくない。
【００２１】
本発明の保持基板は、ＬＥＤ発光素子のベース基板となる。当該基板を介して、III−Ｖ族半導体素子で発生する熱の大半を放熱することとなり、当該基板には高い放熱特性が要求される。このため、保持基板に用いる金属含浸セラミックス複合体の温度２５℃での熱伝導率は、１００〜３００Ｗ／ｍＫであることが好ましく、更に好ましくは、１５０〜３００Ｗ／ｍＫである。熱伝導率が１００Ｗ／ｍＫ未満では、III−Ｖ族半導体素子で発生する熱を十分に放熱することができず、特に大電流を流す必要のある高出力ＬＥＤでは、素子の温度が上がり発光効率の低下、それに伴う素子寿命の低下が起こり好ましくない。一方、熱伝導率の上限値に関しては、特性面からの制約はないが、基板材料が極端に高価になってしまう。
【００２２】
放熱性の面から、保持基板の板厚は薄い方が好ましい。一方で、III−Ｖ族半導体素子の保持及びＬＥＤ発光素子作製時のハンドリング等に耐え得る強度が必要なため、一定の板厚が必要である。保持基板の板厚は、０．０５ｍｍ〜１ｍｍが好ましく、０．０５ｍｍ〜０．３ｍｍがより好ましい。保持基板の板厚が１ｍｍを超えるとＬＥＤ発光素子の放熱特性が低下して好ましくない。本発明の保持基板は、III−Ｖ族半導体結晶と接合した後、必要に応じて研磨等により薄板化することもできる。
【００２３】
本発明では、III−Ｖ族半導体結晶と保持基板とを金属層を介して接合した後、単結晶成長基板を除去する。単結晶成長基板の除去は、基板側よりレーザー照射を行い除去する方法が一般的である。この他にも、研磨やエッチングにより単結晶成長基板を除去することもできる。単結晶成長基板を除去したIII−Ｖ族半導体結晶面は、必要に応じて表面の研磨、エッチングを行い所望する表面形状に仕上げた後、蒸着法、スパッタ法等の手法により、電極を形成する。更に、レーザーカット又はダイシングにて所定形状に切断して、ＬＥＤ発光素子を製造する。
【００２４】
本発明の保持基板には、ＬＥＤ発光素子製造プロセスでの耐薬品特性が必要であり、具体的には、温度２５℃の５規定のＨＣｌ溶液及び温度７５℃の１０規定のＮａＯＨ溶液にそれぞれ１分間浸漬したときの少なくとも一主面の単位面積当たりの重量減少量が０． ２ｍｇ／ｃｍ２以下が好ましく、更に好ましくは、重量減少量が０．１ｍｇ／ｃｍ２以下である。温度２５℃の５規定のＨＣｌ溶液及び温度７５℃の１０規定のＮａＯＨ溶液にそれぞれ１分間浸漬したときの単位面積当たりの重量減少量が０．２ｍｇ／ｃｍ２を超えると、金属含浸セラミックス複合体中の金属成分の溶出に伴う熱伝導率等の特性低下が発生すると共に、レーザーカット又はダイシングにて所定形状に切断する際にチッピングが発生し、ＬＥＤ発光素子の歩留まりが低下するために好ましくない。本発明の保持基板の実使用においては、保持基板の一主面は、III−Ｖ族半導体結晶と金属層を介して接合されるため、非接合面が、上述した耐薬品特性を満たすものであればよい。
【００２５】
本発明の保持基板は、基板自体が導電性を有している。このため、ＬＥＤを構成するIII−Ｖ族半導体結晶の両面に電極を形成することができる。サファイア基板等の絶縁材料を基板として用いる場合、上部のｐ型又はｎ型のIII−Ｖ族半導体結晶の一部をエッチング等で除去して、同一面側に電極を形成する必要がある。本発明では、ＬＥＤ発光素子の製造プロセスの低減が可能である。更に、ｐ型又はｎ型の片方のIII−Ｖ族半導体結晶の一部をエッチング等で除去して電極形成する必要がないため、ＬＥＤ発光素子の単位面積当たりの発光量を増加させることができる。本発明の保持基板に用いる金属含浸セラミックス複合体の体積固有抵抗は、１０-9〜１０-5Ω・ｍが好ましい。体積固有抵抗が１０-5Ω・ｍを超えると、発光効率の低下等が起こり好ましくない。体積固有抵抗の下限値は、特性面での制約はないが、材料組成から１０-9Ω・ｍ以上が一般的である。
【００２６】
金属含浸セラミックス複合体の製法は、含浸法と粉末冶金法の２種に大別される。このうち、熱伝導率等の特性面から実際に商品化されているのは、含浸法によるものである。含浸法にも種々の製法があり、常圧で行う方法と、高圧下で行う方法（高圧鍛造法）がある。高圧鍛造法には、溶湯鍛造法とダイキャスト法がある。本発明に好適な方法は、高圧下で含浸を行う高圧鍛造法であり、熱伝導率等の特性に優れた緻密な複合体を得るには溶湯鍛造法が好ましい。溶湯鍛造法は、高圧容器内に、セラミックス粉末又は成形体を装填し、これにアルミニウム合金等の溶湯を高温、高圧下で含浸させて複合材料を得る方法である。
【００２７】
以下、溶湯鍛造法による製法例を説明する。原料であるセラミックスは、熱伝導率が高く、線熱膨張係数の小さい材料を用いる必要がある。本発明では、炭化珪素を用いる。本発明の金属含浸セラミックス複合体は、炭化珪素とアルミニウム合金を複合化することにより、熱伝導率及び線熱膨張係数を調整することができる。本発明の金属含浸セラミックス複合体は、炭化珪素を５０〜９０体積％含有し、残部がアルミニウム合金からなる複合材料である。炭化珪素の含有量は、好ましくは７０〜８５体積％である。炭化珪素の含有量が５０体積％未満では、得られる金属含浸セラミックス複合体の線熱膨張係数が大きくなり、ＬＥＤ発光素子用の基板材料として好ましくない。一方、炭化珪素の含有量が９０体積％を超えると、複合化時にアルミニウム合金を十分に含浸させることができず、その結果、熱伝導率が低下してしまい好ましくない。
【００２８】
セラミックスは、粉末のまま複合化することもできるが、無機バインダーを用いて成形体を作製するか、焼結処理を行って１０〜５０体積％の気孔率を有する多孔体（以下プリフォームと云う）を作製して複合化することが好ましい。このプリフォームの気孔率の調整は、原料粉末の粒度調整、成形圧力、焼結条件等によって行う。プリフォームの成形方法は、プレス成形、鋳込み成形等の一般的なセラミックス粉末の成形方法で成形することができる。プリフォームの外形は最終形状よりも０．３〜４．５ｍｍ小さい外形であることが好ましく、０．４〜４．０ｍｍ小さい外形であることがより好ましい。これにより得られる金属含浸セラミックス複合体の外周部に形成されるアルミニウムまたはアルミニウム合金の厚みは０．１〜２．０μｍとなる。プリフォームの外形が４．５ｍｍ以下では、外周部に形成されるアルミニウムまたはアルミニウム合金の厚みが２．０μｍよりも厚くなり発光素子を搭載させた最終製品の歩留りが低下し好ましくなく、０．３ｍｍ以上では外周部に形成されるアルミニウムを主成分とする金属層が０．１μｍ以下に薄くなりすぎて好ましくない。 プリフォームは厚み０．６〜５．０ｍｍの平板状、または円柱状に成形した後、厚み０．６〜５．０ｍｍに切断加工して用いる。更に、本発明では、最終形状として板厚が０．０５ｍｍ〜１ｍｍの板状に加工するため、３点曲げ強度が５０ＭＰａ以上のプリフォームを用いることが好ましい。プリフォームの強度が低いと、研削加工等で板厚を０．０５ｍｍ〜１ｍｍの板状に加工する際に、反りが発生することがある。
【００２９】
ついで、最終外形よりも小さく穴を開け、離型剤を塗布した厚みがプリフォームより０．1〜１．０ｍｍ薄い金属またはセラミックス枠にプリフォームを挿入し、個々の冶具は、離型剤を塗布した離型板を挟んで複数個を積層してボルト−ナット等で連結して積層体とする。プリフォームを挿入する枠は、ステンレス製、鉄製や黒鉛製の治具を用いることができ、より好ましくはプリフォームより０．２〜０．５ｍｍ薄い枠を用いるのが良い。厚みが０．１ｍｍより小さい場合は、アルミニウム合金が供給されず、含浸不良となり、１．０ｍｍ以上では、含浸後の離型性が悪く好ましくない。離型板としては、ステンレス板やセラミックス板を使用することがで、溶湯鍛造法にてアルミニウム合金が含浸されない緻密体であれば特に制限はない。また、治具や離型板に塗布する離型剤については、黒鉛、窒化ホウ素、アルミナ等の離型剤が使用できる。更に、好ましくは、治具や離型板表面をアルミナゾル等によりコーティングした後、離型剤を塗布することが好ましい。
【００３０】
得られた積層体は、温度６００〜８００℃程度で加熱後、高圧容器内に１個または２個以上配置し、積層体の温度低下を防ぐために出来るだけ速やかに、融点以上に加熱したアルミニウム合金の溶湯を給湯して３０ＭＰａ以上の圧力で加圧し、アルミニウム合金をプリフォームの空隙中に含浸させることで、金属含浸セラミックス複合体が得られる。なお、含浸時の歪み除去の目的で、含浸品のアニール処理を行うこともある。
【００３１】
積層体の加熱温度は、温度６００℃未満では、アルミニウム合金の複合化が不十分となり、得られる金属含浸セラミックス複合体の熱伝導率等の特性が低下してしまう。また、加熱温度が８００℃を超えると、アルミニウム合金との複合化時に、セラミックス粉末の表面の酸化が起こり、得られる金属含浸セラミックス複合体の熱伝導率等の特性が低下してしまう。更に、含浸時の圧力に関しては、３０ＭＰａ未満では、アルミニウム合金の複合化が不十分となり、得られる金属含浸セラミックス複合体の熱伝導率等の特性が低下してしまい好ましくない。好ましくは、含浸圧力は、５０ＭＰａ以上である。
【００３２】
本発明の金属含浸セラミックス複合体中のアルミニウム合金は、アルミニウムを７０質量％以上含有するアルミニウム合金である。アルミニウムの含有量が７０質量％未満では、アルミニウム合金の熱伝導率が低下し好ましくない。また、アルミニウム合金は、含浸時にプリフォームの空隙内に十分に浸透するために融点がなるべく低いことが好ましい。このようなアルミニウム合金として、例えばシリコンを５〜２５質量％含有したアルミニウム合金が挙げられる。更にマグネシウムを含有させることは、セラミックス粒子と金属部分との結合がより強固になり好ましい。アルミニウム合金中のアルミニウム、シリコン、マグネシウム以外の金属成分に関しては、極端に特性が変化しない範囲であれば特に制限はなく、例えば銅等が含まれていても良い。
【００３３】
次に、得られた板状の外周部がアルミニウムまたはアルミニウム合金で覆われた金属含浸セラミックス複合体を、両面研削盤、ロータリー研削盤、平面研削盤、ラップ盤等の加工機で、板厚が０．０５〜１ｍｍ、且つ、表面粗さ（Ｒａ）が０．０１〜１μｍになるように面加工を行った後、両面研削盤、ロータリー研削盤、平面研削盤、ラップ盤等の加工機で、板厚が０．１〜１ｍｍ、且つ、表面粗さ（Ｒａ）が０．０１〜１μｍになるように面加工を行う。
【００３４】
次に、外周部がアルミニウムまたはアルミニウム合金で覆われた板状の金属含浸セラミックス複合体は、表面を洗浄後、表面に厚みが０．０５〜２．０μｍのアルミニウム層を形成する。アルミニウム層厚みが０．０５μｍ以下では、アルミニウム層未着部分が発生または、めっきの前処理等でアルミニウム層が反応し、ピンホールの発生により、未メッキ部分が生じ、耐薬品性が低下して好ましくない。一方、アルミニウム層厚みが２.０μｍを超えると、アルミニウム層と金属含浸セラミックス複合体の線熱膨張係数が異なる為、両材料の熱膨張差による応力の発生、剥離の発生があり好ましくない。アルミニウム層厚みに関しては、より好ましくは０．３〜０．６μｍである。
【００３５】
アルミニウム層の形成方法としては、蒸着法又は、スパッタリング法により厚み０．０５〜１.０μｍに形成する。
【００３６】
蒸着法では、外周部へのアルミニウム層形成がされにくく、その後のめっき処理にてめっき未着となる可能性がある。上記方法にて製造した金属含浸セラミックス複合体は、外周部がアルミニウムまたはアルミニウム合金で覆われているため、全面がアルミニウムまたはアルミニウム合金で覆われた金属含浸セラミックス複合体となる。
【００３７】
アルミニウム層を構成するアルミニウム合金としては、アルミニウムを７０質量％以上含有するアルミニウム合金である。アルミニウムの含有量が７０質量％未満では、ジンケート処理による十分な密着のあるＮｉめっきが行えなくなるため好ましくない。アルミニウム合金中のアルミニウム、シリコン以外の金属成分に関しては、極端に特性が変化しない範囲であれば特に制限はなく、例えばマグネシウム、銅等が含まれていても良い。
【００３８】
また、本発明では、金属含浸セラミックス複合体とアルミニウム層との密着性を向上させるため窒素、アルゴン、水素、ヘリウム又は真空雰囲気中で、温度４６０〜６５０℃で１分間以上加熱処理を行う。酸化性雰囲気下で処理を行うと、表面に酸化膜が形成され、その後のめっき不良が生じるため、好ましくない。温度は好ましくは、４８０〜５７０℃である。温度が４６０℃以下では、金属含浸セラミックス複合体とアルミニウム層の密着が悪くなってしまい、６５０℃以上では、アルミニウム層が溶解してしまい、表面粗さが悪化してしまい好ましくない。
【００３９】
次に、アルミニウム層を形成させた金属含浸セラミックス複合体は、表面に無電解めっき法又は電気めっき法により、厚み０．５〜５．０μｍのＮｉめっき層、及び厚み０．０５〜２．０μｍの金めっき層を形成する。Ｎｉめっき層厚みが０．５μｍ以下では、ピンホールが発生し、耐薬品性が低下して好ましくない。一方、Ｎｉめっき層厚みが５．０μｍ以上では、熱伝導率特性の低下や、電気抵抗の増加等が生じ、好ましくない。金めっき層厚みが、０．０５μｍ以下では、ピンホールが発生し耐薬品性が低下して好ましくない。一方金めっき層厚みが２．０μｍ以上では、コストが上がり好ましくない。
【００４０】
めっきの前処理としては、ジンケート処理、パラジウム処理等があるが、アルミニウムとの密着力のあるめっきが可能なジンケート処理がより好ましい。
【実施例】
【００４１】
（実施例１）
〈ＬＥＤ発光素子用保持基板の作製〉
炭化珪素（以下、ＳｉＣという）粉末Ａ（大平洋ランダム社製、ＮＧ−６０、平均粒子径２００μｍ）１８００ｇ、炭化珪素粉末Ｂ（大平洋ランダム社製、ＮＧ−６００、平均粒子径２０μｍ）９００ｇ、炭化珪素粉末Ｃ（大平洋ランダム社製、ＮＣ−６０００、平均粒子径２μｍ）３００ｇ、及び成形バインダー（メチルセルロース、信越化学工業社製、「メトローズ」）１５０ｇを秤取し、攪拌混合機で３０分間混合した後、Φ５５ｍｍ×１１０ｍｍの寸法の円柱状に面圧１０ＭＰａでプレス成形した後、成形圧力１００ＭＰａでＣＩＰ成形して成形体を作製した。
【００４２】
得られた成形体を、大気雰囲気中、温度６００℃で２時間脱脂処理後、アルゴン雰囲気下、温度２１００℃で２時間焼成して、気孔率が２０体積％のＳｉＣプリフォームを作製した。得られたＳｉＣプリフォームを、マシニングセンターでダイヤモンド製の砥石を用いて、外形寸法がΦ４９．２ｍｍ×１００ｍｍの形状に加工した。さらに、研削加工により３点曲げ強度測定用試験体（３ｍｍ×４ｍｍ×４０ｍｍ）を作製し、３点曲げ強度を測定した。３点曲げ強度は１２０ＭＰａであった。
【００４３】
得られたＳｉＣプリフォームをマルチワイヤ―ソ-にて厚み１．４ｍｍにスライス加工した後、窒化硼素の離型剤を塗布したΦ５０．３ｍｍの穴の開いた厚み１．２ｍｍ、外形寸法：７０ｍｍ×７０ｍｍ×１００ｍｍのステンレス板に挿入し、次に、７０ｍｍ×１００ｍｍ×０．８ｍｍｔのステンレス板に黒鉛離型材を塗布して離型板を作製し、１４０．８ｍｍ×１４０．８ｍｍ×１００ｍｍの形状となる様に離型板を挟んで積層して、両側に１２ｍｍ厚みの鉄板を配置して、Ｍ１０のボルト８本で連結して一つの積層体とした。次に、積層体を電気炉で温度７００℃に予備加熱した後、あらかじめ加熱しておいた内径Φ４００ｍｍ×３００ｍｍＨのプレス型内に収め、シリコンを１２質量％及びマグネシウムを１質量％含有するアルミニウム合金の溶湯（温度：８００℃）を注ぎ、１００ＭＰａの圧力で２５分間加圧してＳｉＣプリフォームにアルミニウム合金を含浸させた。室温まで冷却した後、湿式バンドソーにて離型板の形状に沿って切断し、離型板を剥がし、ステンレス板から金属含浸セラミックス複合体を抜き出した。得られた金属含浸セラミックス複合体は、含浸時の歪み除去のために５３０℃の温度で３時間アニール処理を行った。
【００４４】
次に、得られた金属含浸セラミックス複合体から、研削加工により熱膨張係数測定用試験体（直径３ｍｍ長さ１０ｍｍ）、熱伝導率測定用試験体（２５ｍｍ×２５ｍｍ×１ｍｍ）、３点曲げ強度測定用試験体（３ｍｍ×４ｍｍ×４０ｍｍ）、体積固有抵抗測定用試験体（５０ｍｍ×５０ｍｍ×５ｍｍ）を作製した。それぞれの試験体を用いて、温度２５℃〜１５０℃の熱膨張係数を熱膨張計（セイコー電子工業社製；ＴＭＡ３００）で、温度２５℃での熱伝導率をレーザーフラッシュ法（アルバック社製；ＴＣ３０００）で、３点曲げ強度を曲げ強度試験機で、体積固有抵抗を４端子法（ＪＩＳ Ｒ１６３７に準拠）で測定した。その結果、温度４０℃〜１５０℃の熱膨張係数は４．９×１０−６／Ｋ、温度２５℃での熱伝導率は２５０Ｗ／ｍＫ、３点曲げ強度は３５０ＭＰａ、体積固有抵抗は８×１０−７Ω・ｍであった。
【００４５】
上記で得られた、外周に０．７ｍｍのアルミニウム合金層が形成された円板状の金属含浸セラミックス複合体を、両面研削盤で＃６００のダイヤモンド砥石を用いて板厚０．２２ｍｍに研削加工した後、ラップ盤でダイヤモンドの砥粒を用いて、板厚０．２ｍｍでまで研磨加工を行った後、純水中、次にイソプロピルアルコール中で超音波洗浄を行い、乾燥して金属含浸セラミックス複合材料基板を作製した。表面粗さ（Ｒａ）を表面粗さ計で測定した結果、Ｒａ０．０５μｍであった。
【００４６】
次に、この金属基複合材料を、蒸着法により複合材料の表面に０．５μｍ厚のアルミニウム層を形成し、窒素雰囲気下で５３０℃で３０分間加熱処理を行った。次にアルミニウム層を形成させた金属含浸セラミックス複合材料基板に、無電解Ｎｉ−P及び電気金めっきを行い、表面に１．３μｍ（Ｎｉ-P:１μｍ＋Ａｕ：０．３μｍ）のめっき層を形成した。得られた金属含浸セラミックス複合材料基板の特性値はめっき層金属の物性値とめっき前の金属含浸セラミックス複合材料基板の物性値の厚み比率から計算により算出した。その結果を表１に示す。また、めっき膜形成後の金属基複合材料を、温度２５℃の５規定のＨＣｌ溶液及び温度７５℃の１０規定のＮａＯＨ溶液に１分間浸漬し、個々の処理による単位面積当たりの重量減少量を測定した。更に、めっき後の金属含浸セラミックス複合材料基板の表面粗さ（Ｒａ）を表面粗さ計で測定した。その結果を表２に示す。
【００４７】
【表１】
【００４８】
【表２】
【００４９】
〈ＬＥＤ発光素子の作製〉
板厚が０．５ｍｍの単結晶サファイア基板上に、アンモニアガスとトリメチルガリウムを使用し、キャリアガスとして水素と窒素の混合ガスを用いて、温度１１００℃でＭＯＣＶＤ法により、（１）〜（４）のＧａＮ単結晶を４μｍの厚さに成長させた。図１に構造を示す。
（１）ｎ型ＧａＮバッファー層 ２
（２）ｎ型ＧａＮ半導体層 ３
（３）ＧａＮ活性層（発光層） ４
（４）ｐ型ＧａＮ半導体層 ５
【００５０】
次に、ｐ型ＧａＮ半導体層の表面に、真空蒸着法で、銀／錫合金を２μｍの厚さに蒸着した。一方、ＬＥＤ発光素子用保持基板の片側の表面にも、同様の方法で銀／錫合金を２μｍの厚さに蒸着した。両基板を銀／錫合金層が接する図１の様に積層し、温度４００℃で、５ＭＰａの加圧下で５分間保持し接合した。得られた接合体は、サファイア基板側より、出力４０ＭＷ／ｃｍ2となるように、窒素ガスレーザーを照射し、サファイア基板を剥離した。レーザー照射により、ｎ型ＧａＮバッファー層がＧａと窒素に分解されて、発生した窒素ガスによりサファイア基板を剥離することができた。
【００５１】
その後、表面に露出したｎ型ＧａＮバッファー層をエッチングにより除去した後、酸化インジウム錫の透明導電体層を形成した。その後、ｎ型電極としてＡｕを蒸着して、ダイシングにより、個々のＬＥＤ発光素子とした。得られたＬＥＤ発光素子は、保持基板からの放熱により素子温度の上昇による発光効率の低下がおさえられることを確認した。
【００５２】
（実施例２〜８、比較例１〜３）
実施例１で作製した金属含浸セラミックス複合材料基板に蒸着法によりアルミニウム層を０．５μｍまたは０．６μｍ形成し、窒素雰囲気下で５３０℃で３０分間加熱処理をしたアルミニウム形成金属含浸セラミックス複合材料基板の表面に表４に示すめっき膜を形成した。得られた金属含浸セラミックス複合材料基板の特性値を表３に示す。また、めっき膜形成後の金属基複合材料を、温度２５℃の５規定のＨＣｌ溶液及び温度７５℃の１０規定のＮａＯＨ溶液に１分間浸漬し、個々の処理による単位面積当たりの重量減少量を測定した。更に、めっき膜形成後の金属含浸セラミックス複合材料基板の表面粗さ（Ｒａ）を表面粗さ計で測定した。その結果を表４に示す。
【００５３】
【表３】
【００５４】
【表４】
【００５５】
（実施例９〜１２、比較例４）
実施例１で作製した金属含浸セラミックス複合材料基板に蒸着法により表５に示す厚みのアルミニウム層を形成し、窒素雰囲気下で５３０℃で３０分間加熱処理をしたアルミニウム形成金属含浸セラミックス複合材料基板の表面に厚み１．２μｍのNiめっきおよび０．３μｍのめっき膜形成した。得られた金属基複合材料の特性値を表５に示す。また、めっき膜形成後の金属含浸セラミックス複合材料基板を、温度２５℃の５規定のＨＣｌ溶液及び温度７５℃の１０規定のＮａＯＨ溶液に１分間浸漬し、個々の処理による単位面積当たりの重量減少量を測定した。更に、めっき膜形成後の金属含浸セラミックス複合材料基板の表面粗さ（Ｒａ）を表面粗さ計で測定した。その結果を表６に示す。
また、比較例４では、めっき未着がみられた。
【００５６】
【表５】
【００５７】
【表６】
【００５８】
（実施例１３〜１９）
〈ＬＥＤ発光素子用保持基板の作製〉
炭化珪素（以下、ＳｉＣという）粉末Ａ（大平洋ランダム社製、ＮＧ−６０、平均粒子径２００μｍ）１８００ｇ、炭化珪素粉末Ｂ（大平洋ランダム社製、ＮＧ−６００、平均粒子径２０μｍ）９００ｇ、炭化珪素粉末Ｃ（大平洋ランダム社製、ＮＣ−６０００、平均粒子径２μｍ）３００ｇ、及び成形バインダー（メチルセルロース、信越化学工業社製、「メトローズ」）１５０ｇを秤取し、攪拌混合機で３０分間混合した後、Φ５５ｍｍ×１．５ｍｍの寸法の円柱状に面圧３０ＭＰａでプレス成形して成形体を作製した。
【００５９】
上記で得られた成形体を、大気雰囲気中、温度６００℃で２時間脱脂処理後、アルゴン雰囲気下、温度１９５０℃で２時間焼成して、気孔率が３０体積％のＳｉＣプリフォームを作製した。得られたＳｉＣプリフォームを、マシニングセンターでダイヤモンド製の砥石を用いて、外形寸法がΦ５０.０ｍｍ×１．０ｍｍの形状に加工した。さらに、同様の方法で作製した気孔率３０％のφ５０ｍｍ×１０ｍｍの寸法のＳｉＣプリフォームを研削加工により３点曲げ強度測定用試験体（３ｍｍ×４ｍｍ×４０ｍｍ）を作製し、３点曲げ強度を測定した。３点曲げ強度は８０ＭＰａであった。
【００６０】
該ＳｉＣプリフォームに窒化硼素の離型剤を塗布したΦ５０．３ｍｍの穴の開いた厚み０．８ｍｍ、外形寸法：７０ｍｍ×７０ｍｍ×１００ｍｍのステンレス板に挿入し、次に、７０ｍｍ×１００ｍｍ×０．８ｍｍｔのステンレス板に黒鉛離型材を塗布して離型板を作製し、１４０．８ｍｍ×１４０．８ｍｍ×１００ｍｍの形状となる様に離型板を挟んで積層して、両側に１２ｍｍ厚みの鉄板を配置して、Ｍ１０のボルト８本で連結して一つの積層体とした。次に、積層体を電気炉で温度７００℃に予備加熱した後、あらかじめ加熱しておいた内径Φ４００ｍｍ×３００ｍｍＨのプレス型内に収め、シリコンを１２質量％及びマグネシウムを１質量％含有するアルミニウム合金の溶湯（温度：８００℃）を注ぎ、１００ＭＰａの圧力で２５分間加圧してＳｉＣプリフォームにアルミニウム合金を含浸させた。室温まで冷却した後、湿式バンドソーにて離型板の形状に沿って切断し、離型板を剥がし、ステンレス板から金属含浸セラミックス複合体を抜き出した。得られた金属含浸セラミックス複合体は、含浸時の歪み除去のために５３０℃の温度で３時間アニール処理を行った。
【００６１】
次に、得られた金属含浸セラミックス複合体より、研削加工により熱膨張係数測定用試験体（直径３ｍｍ長さ１０ｍｍ）、熱伝導率測定用試験体（２５ｍｍ×２５ｍｍ×１ｍｍ）、３点曲げ強度測定用試験体（３ｍｍ×４ｍｍ×４０ｍｍ）、体積固有抵抗測定用試験体（５０ｍｍ×５０ｍｍ×５ｍｍ）を作製した。それぞれの試験体を用いて、実施例１と同様の方法で測定した。その結果、温度４０℃〜１５０℃の熱膨張係数は６．９×１０−６／Ｋ、温度２５℃での熱伝導率は２２０Ｗ／ｍＫ、３点曲げ強度は３８０ＭＰａ、体積固有抵抗は４×１０−７Ω・ｍであった。
【００６２】
上記で得られた、外周に０．４ｍｍのアルミニウム合金層が形成された円板状の金属含浸セラミックス複合体を、両面研削盤で＃８００のダイヤモンド砥石を用いて、板厚０．２ｍｍに研削加工を行い、金属含浸セラミックス複合材料基板を作製した。
【００６３】
次に、この金属含浸セラミックス複合材料基板の表面を洗浄後、蒸着法により厚み１．０μｍまたは０．６μｍのアルミニウム層を形成した。次にアルミニウム層を形成させた金属含浸セラミックス複合材料基板を表７に示す条件にて加熱処理を行った後、無電解Ｎｉ−P及び電気金めっきを行い、表面に１．３μｍ（Ｎｉ-P:１μｍ＋Ａｕ：０．３μｍ）のめっき層を形成した。得られた金属含浸セラミックス複合材料基板の特性値を表７に示す。また、めっき膜形成後の金属含浸セラミックス複合材料基板を、温度２５℃の５規定のＨＣｌ溶液及び温度７５℃の１０規定のＮａＯＨ溶液に１分間浸漬し、個々の処理による単位面積当たりの重量減少量を測定した。更に、めっき膜形成後の金属含浸セラミックス複合材料基板の表面粗さ（Ｒａ）を表面粗さ計で測定した。その結果を表８に示す。
【００６４】
【表７】
【００６５】
【表８】
【００６６】
〈ＬＥＤ発光素子の作製〉
次に、実施例１３〜１９のＬＥＤ発光素子用保持基板を用いたＬＥＤ発光素子の作製例を記載する。
板厚が０．５ｍｍの単結晶Ｓｉ基板上に、ＣＶＤ法でＳｉＣ層を２μｍ形成して成長基板を作製した後、アンモニアガスと塩化ガリウムを使用し、キャリアガスとして水素ガスを用いて、温度１０５０℃でＨＶＰＥ法により、（１）〜（３）のＧａＮ単結晶を４μｍの厚さに成長させた。図３に構造を示す。
（１）ｎ型ＧａＮ半導体層 ３
（２）ＧａＮ活性層（発光層） ４
（３）ｐ型ＧａＮ半導体層 ５
【００６７】
次に、ｐ型ＧａＮ半導体層の表面に、真空蒸着法で、銀を０．５μｍの厚さに蒸着した後、Ａｕ／錫合金を１．５μｍの厚さに蒸着した。一方、実施例１３〜１９のＬＥＤ発光素子用保持基板の片側の表面にも、同様の方法でＡｕ／錫合金を１．５μｍの厚さに蒸着した。両基板をＡｕ／錫合金層が接する図３の様に積層し、温度５００℃で、５ＭＰａの加圧下で５分間保持し接合した。得られた接合体は、酸処理により単結晶Ｓｉ層をエッチング除去した後、研削加工によりＳｉＣ層を完全に除去した。
【００６８】
その後、露出したｎ型ＧａＮ層表面をエッチングにより、表面粗化した後、酸化インジウム錫の透明導電体層を形成した。次に、ｎ型電極としてＡｕを蒸着して、レーザー加工により、個々のＬＥＤ発光素子とした。得られたＬＥＤ発光素子は、保持基板からの放熱により素子温度の上昇による発光効率の低下がおさえられることを確認した。
【００６９】
（実施例２０〜２５、比較例５）
〈ＬＥＤ発光素子用保持基板の作製〉
炭化珪素粉末Ｄ（大平洋ランダム社製、ＮＧ−８０、平均粒子径：１５０μｍ）１３００ｇ、炭化珪素粉末Ｅ（屋久島電工社製、ＧＣ−１０００Ｆ、平均粒子径：１０μｍ）７００ｇ、シリカゾル（日産化学社製：スノーテックス）３００ｇを秤取し、攪拌混合機で３０分間混合した後、Φ１１０ｍｍ×１００ｍｍの寸法の円柱状に面圧３０ＭＰａでプレス成形して成形体を作製した。得られた成形体を、温度１２０℃で１時間乾燥後、窒素雰囲気下、温度１４００℃で２時間焼成して、気孔率が３５体積％のＳｉＣプリフォームを得た。得られたＳｉＣプリフォームは、マシニングセンターでダイヤモンド砥石を用いて、外形寸法が、表９に示す外形に加工した。得られたＳｉＣプリフォームより、研削加工により３点曲げ強度測定用試験体（３ｍｍ×４ｍｍ×４０ｍｍ）を作製し、３点曲げ強度を測定した。その結果、３点曲げ強度が、５０ＭＰａであった。
【００７０】
得られたＳｉＣプリフォームをマルチワイヤ―ソ-にて厚み１．２ｍｍにスライス加工した後、窒化硼素の離型剤を塗布した表９に示す径の穴の開いた厚み１．０ｍｍ、外形寸法：７０ｍｍ×７０ｍｍ×１００ｍｍのステンレス板に挿入し、次に、７０ｍｍ×１００ｍｍ×０．８ｍｍｔのステンレス板に黒鉛離型材を塗布して離型板を作製し、１４０．８ｍｍ×１４０．８ｍｍ×１００ｍｍの形状となる様に離型板を挟んで積層して、両側に１２ｍｍ厚みの鉄板を配置して、Ｍ１０のボルト８本で連結して一つの積層体とした。次に、積層体を電気炉で温度７００℃に予備加熱した後、あらかじめ加熱しておいた内径Φ４００ｍｍ×３００ｍｍＨのプレス型内に収め、シリコンを１２質量％及びマグネシウムを１質量％含有するアルミニウム合金の溶湯（温度：８００℃）を注ぎ、１００ＭＰａの圧力で２５分間加圧してＳｉＣプリフォームにアルミニウム合金を含浸させた。室温まで冷却した後、湿式バンドソーにて離型板の形状に沿って切断し、離型板を剥がし、旋盤で黒鉛治具部分を除去してΦ５２ｍｍ×１００ｍｍ形状の金属含浸セラミックス複合体を得た。得られた金属含浸セラミックス複合体は、含浸時の歪み除去のために５３０℃の温度で３時間アニール処理を行った。
【００７１】
次に、得られた金属含浸セラミックス複合体より、研削加工により熱膨張係数測定用試験体（直径３ｍｍ長さ１０ｍｍ）、熱伝導率測定用試験体（２５ｍｍ×２５ｍｍ×１ｍｍ）、３点曲げ強度測定用試験体（３ｍｍ×４ｍｍ×４０ｍｍ）、体積固有抵抗測定用試験体（５０ｍｍ×５０ｍｍ×５ｍｍ）を作製した。それぞれの試験体を用いて、実施例１と同様の方法で測定した。その結果、温度４０℃〜１５０℃の熱膨張係数は７．６×１０−６／Ｋ、温度２５℃での熱伝導率は２００Ｗ／ｍＫ、３点曲げ強度は４００ＭＰａ、体積固有抵抗は３×１０−７Ω・ｍであった。
【００７２】
上記で得られた、表９に示す厚みのアルミニウム合金層が外周に形成された円板状の金属含浸セラミックス複合体を、両面研削盤で＃８００のダイヤモンド砥石を用いて、板厚０．２ｍｍに研削加工を行い、金属含浸セラミックス複合材料基板を作製した。
【００７３】
次に、この金属含浸セラミックス複合材料基板の表面を洗浄後、蒸着法により０．６μｍのアルミニウム層を形成し、窒素雰囲気下で５４０℃で３０分間加熱処理を行った。次にアルミニウム層を形成させた金属含浸セラミックス複合材料基板に、無電解Ｎｉ−P及び電気金めっきを行い、表面に１．３μｍ（Ｎｉ-P:１μｍ＋Ａｕ：０．３μｍ）のめっき層を形成した。得られた金属含浸セラミックス複合材料基板の熱伝導率は２００Ｗ／ｍＫ、線熱膨張係数は７．６ｐｐｍ／Ｋ、体積固有抵抗は３×１０−７Ω・ｍであった。また、めっき膜形成後の金属含浸セラミックス複合材料基板を、温度２５℃の５規定のＨＣｌ溶液及び温度７５℃の１０規定のＮａＯＨ溶液に１分間浸漬し、個々の処理による単位面積当たりの重量減少量を測定した。更に、めっき膜形成後の金属含浸セラミックス複合材料基板の表面粗さ（Ｒａ）を表面粗さ計で測定した。その結果を表１０に示す。
【００７４】
【表９】
【００７５】
【表１０】
【００７６】
実施例２０〜２５で得られたＬＥＤ発光素子用保持基板を用いてＬＥＤ発光素子を作製し、保持基板からの放熱により素子温度の上昇による発光効率の低下がおさえられることを確認した。比較例５を用いてＬＥＤ発光素子の作製を行ったが、外周部のアルミニウム合金層の厚みが厚いため、外周１．０ｍｍの範囲のＬＥＤ発光素子が使用できず、収率が低下してしまった。
【産業上の利用可能性】
【００７７】
本発明のＬＥＤ発光素子用保持基板は、ＬＥＤを構成するＩＩＩ−ＩＶ族半導体結晶と線熱膨張率の小さい、高熱伝導性の保持基板であり、放熱性、信頼性に優れた高出力のＬＥＤ発光素子を提供することが出来る。更に、本発明のＬＥＤ発光素子用保持基板は、ＬＥＤ発光素子製造時に使用される酸及びアルカリ溶液に対する耐薬品性に優れると共に、導電性であり、ＬＥＤを構成するＩＩＩ-ＩＶ族半導体結晶の両面に電極を形成することができる。そのため、ＬＥＤ発光素子の製造プロセスの低減、並びに単位面積当たりの発光量の増加を達成でき、ＬＥＤ発光素子用の保持基板として有効である。
【符号の説明】
【００７８】
１）成長基板
２）成長基板上に形成された窒化物のバッファー層
３）ｎ型のIII−Ｖ族半導体層
４）発光層
５）ｐ型のIII−Ｖ族半導体層
６）金属層（反射層）
７）金属層
８）ＬＥＤ発光素子用保持基板
８１）金属含浸セラミックス複合体
８２）アルミニウムまたはアルミニウム合金
８３）アルミニウムまたはアルミニウム合金層
８４）めっき層
９）透明導電層
１０）表面コーティング層
１１）基材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周部が厚み０．１〜２．０ｍｍのアルミニウムまたはアルミニウム合金（８２）で覆われており、両主面に金属含浸セラミックス複合体（８１）が露出した基板の両主面に、アルミニウムまたはアルミニウム合金層（８３）を厚み０．０５〜２μｍ形成し、全面に厚み０．５〜５μｍのNiめっき層および厚み０．０５〜２μｍの金めっき層（８４）を順次形成されたＬＥＤ発光素子用保持基板（８）。
【請求項２】
金属含浸セラミックス複合体のセラミックスが、炭化珪素からなり、金属含浸セラミックス複合体の３点曲げ強度が５０ＭＰａ以上、温度２５℃の熱伝導率が１５０〜３００Ｗ／ｍＫ、温度２５℃〜１５０℃の線熱膨張係数が４×１０-6〜９×１０-6／Ｋ、体積固有抵抗が１０-9〜１０-5Ω・ｍであることを特徴とする請求項１記載のＬＥＤ発光素子用保持基板。
【請求項３】
最終製品の外形よりも小さい内径の穴を開けた金属又はセラミックスからなる枠に、炭化珪素からなる多孔体を挿入し、溶湯鍛造法にて含浸圧力３０ＭＰa以上でアルミニウムまたはアルミニウム合金を含浸させて金属含浸セラミックス複合体を作製する。該金属含浸セラミックス複合体を板厚が０．０５〜０．５ｍｍ、表面粗さ（Ｒａ）０．０１〜０．５μｍに加工した後、アルミニウムまたはアルミニウム合金層を、蒸着法又はスパッタリング法により、外周部がアルミニウムまたはアルミニウム合金で覆われた該金属含浸セラミックス複合体の両主面に形成し、窒素、アルゴン、水素、ヘリウム又は、真空雰囲気中、温度４６０〜６５０℃で1分間以上加熱処理する。その後、無電解めっき法又は電気めっき法により、両主面に形成されたアルミニウムまたはアルミニウム合金層の表面に、Ｎｉめっき層と金めっき層を順次形成する工程によりめっき層を形成させることを特徴とする請求項１または２記載のＬＥＤ発光素子用保持基板の製造方法。
【請求項４】
下記の工程を順次経て製造される、ＬＥＤ発光素子。
（１）円板状又は平板状の単結晶成長基板の一主面上に、III−Ｖ族半導体結晶をエピタキシャル成長させる工程。
（２）III−Ｖ族半導体結晶面に金属層を介して、請求項１〜３のいずれか一項記載のＬＥＤ発光素子用保持基板を接合し、レーザー照射、エッチング、研削のいずれかの方法により、単結晶成長基板を除去する工程。
（３）III−Ｖ族半導体結晶面の表面加工、電極形成を行った後、切断加工する工程。
【請求項５】
単結晶成長基板が、単結晶サファイア、単結晶炭化珪素、単結晶ＧａＡｓ、単結晶Ｓｉの群から選ばれることを特徴とする請求項４記載のＬＥＤ発光素子。
【請求項６】
単結晶成長基板が表面に、ｎ型ＩＩＩ−Ｖ族半導体のバッファー層またはＡｌＮ、ＳｉＣ、ＧａＮ、ＧａＡｓの群から選ばれる材料で表面コーティングされていることを特徴とする請求項４又は５記載のＬＥＤ発光素子。
【請求項７】
III−Ｖ族半導体結晶が、ＧａＮ、ＧａＡｓ、ＧａＰのいずれかであることを特徴とする請求項４〜６のいずれか一項記載のＬＥＤ発光素子。
【請求項１】
外周部が厚み０．１〜２．０ｍｍのアルミニウムまたはアルミニウム合金（８２）で覆われており、両主面に金属含浸セラミックス複合体（８１）が露出した基板の両主面に、アルミニウムまたはアルミニウム合金層（８３）を厚み０．０５〜２μｍ形成し、全面に厚み０．５〜５μｍのNiめっき層および厚み０．０５〜２μｍの金めっき層（８４）を順次形成されたＬＥＤ発光素子用保持基板（８）。
【請求項２】
金属含浸セラミックス複合体のセラミックスが、炭化珪素からなり、金属含浸セラミックス複合体の３点曲げ強度が５０ＭＰａ以上、温度２５℃の熱伝導率が１５０〜３００Ｗ／ｍＫ、温度２５℃〜１５０℃の線熱膨張係数が４×１０-6〜９×１０-6／Ｋ、体積固有抵抗が１０-9〜１０-5Ω・ｍであることを特徴とする請求項１記載のＬＥＤ発光素子用保持基板。
【請求項３】
最終製品の外形よりも小さい内径の穴を開けた金属又はセラミックスからなる枠に、炭化珪素からなる多孔体を挿入し、溶湯鍛造法にて含浸圧力３０ＭＰa以上でアルミニウムまたはアルミニウム合金を含浸させて金属含浸セラミックス複合体を作製する。該金属含浸セラミックス複合体を板厚が０．０５〜０．５ｍｍ、表面粗さ（Ｒａ）０．０１〜０．５μｍに加工した後、アルミニウムまたはアルミニウム合金層を、蒸着法又はスパッタリング法により、外周部がアルミニウムまたはアルミニウム合金で覆われた該金属含浸セラミックス複合体の両主面に形成し、窒素、アルゴン、水素、ヘリウム又は、真空雰囲気中、温度４６０〜６５０℃で1分間以上加熱処理する。その後、無電解めっき法又は電気めっき法により、両主面に形成されたアルミニウムまたはアルミニウム合金層の表面に、Ｎｉめっき層と金めっき層を順次形成する工程によりめっき層を形成させることを特徴とする請求項１または２記載のＬＥＤ発光素子用保持基板の製造方法。
【請求項４】
下記の工程を順次経て製造される、ＬＥＤ発光素子。
（１）円板状又は平板状の単結晶成長基板の一主面上に、III−Ｖ族半導体結晶をエピタキシャル成長させる工程。
（２）III−Ｖ族半導体結晶面に金属層を介して、請求項１〜３のいずれか一項記載のＬＥＤ発光素子用保持基板を接合し、レーザー照射、エッチング、研削のいずれかの方法により、単結晶成長基板を除去する工程。
（３）III−Ｖ族半導体結晶面の表面加工、電極形成を行った後、切断加工する工程。
【請求項５】
単結晶成長基板が、単結晶サファイア、単結晶炭化珪素、単結晶ＧａＡｓ、単結晶Ｓｉの群から選ばれることを特徴とする請求項４記載のＬＥＤ発光素子。
【請求項６】
単結晶成長基板が表面に、ｎ型ＩＩＩ−Ｖ族半導体のバッファー層またはＡｌＮ、ＳｉＣ、ＧａＮ、ＧａＡｓの群から選ばれる材料で表面コーティングされていることを特徴とする請求項４又は５記載のＬＥＤ発光素子。
【請求項７】
III−Ｖ族半導体結晶が、ＧａＮ、ＧａＡｓ、ＧａＰのいずれかであることを特徴とする請求項４〜６のいずれか一項記載のＬＥＤ発光素子。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１３−１２６２３（Ｐ２０１３−１２６２３Ａ）
【公開日】平成２５年１月１７日（２０１３．１．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１４５１５０（Ｐ２０１１−１４５１５０）
【出願日】平成２３年６月３０日（２０１１．６．３０）
【出願人】（０００００３２９６）電気化学工業株式会社 (1,539)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月１７日（２０１３．１．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月３０日（２０１１．６．３０）
【出願人】（０００００３２９６）電気化学工業株式会社 (1,539)
【Ｆターム（参考）】
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