(57)【要約】【課題】ＩＩＩ−Ｖ族半導体結晶から構成されているＬＥＤとの線膨張率差が小さくしかも熱伝導性に優れた、ＬＥＤ搭載構造体と、ＬＥＤ搭載構造体の製造方法と、ＬＥＤ搭載構造体を製造するためのＬＥＤ搭載用基板を提供する。【解決手段】気孔率が１０〜５０体積％である炭化珪素多孔体にシリコン又はシリコン合金を含浸させてなり、３点曲げ強度が５０〜３５０ＭＰａ、少なくとも一面の表面粗さ（Ｒａ）が０．０１〜０．５μｍ、板厚が０．０５〜０．５ｍｍであることを特徴とするＬＥＤ搭載用基板。それを用いたＬＥＤ搭載構造体及びその製造方法。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
気孔率が１０〜５０体積％である炭化珪素多孔体にシリコン又はシリコン合金を含浸させてなり、３点曲げ強度が５０〜３５０ＭＰａ、少なくとも一面の表面粗さ（Ｒａ）が０．０１〜０．５μｍ、板厚が０．０５〜０．５ｍｍであることを特徴とするＬＥＤ搭載用基板。  
【請求項２】
温度２５℃の熱伝導率が１５０〜３００Ｗ／ｍＫであることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ搭載用基板。
【請求項３】
温度２５℃〜１５０℃の線膨張係数が３．５〜５．５×１０−６／Ｋであることを特徴とする請求項１又は２に記載のＬＥＤ搭載用基板。
【請求項４】
体積固有抵抗が１０−５〜１０−１Ω・ｍであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のＬＥＤ搭載用基板。
【請求項５】
温度２５℃の５規定のＨＣｌ水溶液又は７５℃の１０規定のＮａＯＨ水溶液に１分間浸漬したときに、少なくとも一面の質量減少が０．２ｍｇ／ｃｍ２以下であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のＬＥＤ搭載用基板。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載のＬＥＤ搭載用基板（９）の少なくとも一面に、金属層（８）又は金属層（８）と金属層（７）、反射層（６）、ＬＥＤ素子（５）及び透明導電層（４）を順次有しており、この透明導電層（４）に電極（図示せず）が取り付けられてなることを特徴とするＬＥＤ搭載構造体。
【請求項７】
以下の工程を順次経ることを特徴とする請求項６記載のＬＥＤ搭載構造体の製造方法。
（ア）単結晶成長基板（１）の表面にｎ型ＩＩＩ−Ｖ族半導体のバッファー層（２）又は無機化合物の表面コーティグ層（３）を形成させた後、ＬＥＤ（５）をエピタキシャル成長させる工程
（イ）ＬＥＤ（５）のｐ型ＩＩＩ−Ｖ族半導体層（５３）の表面に金属層の反射層（６）を、必要に応じて更にこの反射層（６）の表面に金属層（７）を形成する一方、ＬＥＤ搭載用基板（９）の表面には金属層（８）を形成する工程
（ウ）上記反射層（６）又は上記金属層（７）と、上記金属層（８）とを接面させ、加熱して接合体を製造する工程
（エ）上記単結晶成長基板（１）と上記バッファー層（２）又は上記表面コーティグ層（３）を除去する工程
（オ）露出したＬＥＤ（５）のｐ型ＩＩＩ−Ｖ族半導体層（５３）表面を加工してから、透明導電層（４）とこの透明導電層（４）に電極（図示せず）とを形成させた後、所望形状に切断する工程
【請求項８】
単結晶成長基板（１）の材質が、単結晶サファイア、単結晶炭化珪素、単結晶ＧａＡｓ、単結晶Ｓｉのいずれかであることを特徴とする請求項７に記載のＬＥＤ搭載構造体の製造方法。
【請求項９】
表面コーティグ層（３）の材質が、ＡｌＮ、ＳｉＣ、ＧａＮ及びＧａＡｓから選ばれた少なくとも一種の無機化合物であることを特徴とする請求項７又は８に記載のＬＥＤ搭載構造体の製造方法。
【請求項１０】
バッファー層（２）及びＬＥＤ（５）を構成するＩＩＩ−Ｖ族半導体が、ＧａＮ、ＧａＡｓ、ＧａＰのいずれかであることを特徴とする請求項７〜９のいずれかに記載のＬＥＤ搭載構造体の製造方法。
【請求項１１】
反射層（６）、金属層（７）及び金属層（８）の材質が、インジウム、アルミニウム、金、銀及びこれらの合金から選ばれた少なくとも１種の金属であることを特徴とする請求項７〜１０のいずれかに記載のＬＥＤ搭載構造体の製造方法。
【請求項１２】
透明導電層（４）の材質が、酸化インジウム錫、酸化カドミウム錫、酸化インジウム亜鉛、酸化アルミニウム亜鉛、酸化錫亜鉛、酸化錫アンチモニーから選ばれた少なくとも１種の金属であることを特徴とする請求項７〜１１のいずれかに記載のＬＥＤ搭載構造体の製造方法。
【請求項１３】
切断を、レーザー照射、エッチング及び研削から選ばれた少なくとも１つの方法で行うことを特徴とする請求項７〜１２のいずれかに記載のＬＥＤ搭載構造体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＥＤ搭載構造体、その製造方法、及びＬＥＤ搭載用基板に関する。
【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搭載構造体と、ＬＥＤ搭載構造体の製造方法と、ＬＥＤ搭載構造体を製造するためのＬＥＤ搭載用基板を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、気孔率が１０〜５０体積％である炭化珪素多孔体にシリコン又はシリコン合金を含浸させてなり、３点曲げ強度が５０〜３５０ＭＰａ、少なくとも一面の表面粗さ（Ｒａ）が０．０１〜０．５μｍ、板厚が０．０５〜０．５ｍｍであることを特徴とするＬＥＤ搭載用基板である。
【０００７】
本発明のＬＥＤ搭載用基板にあっては、（１）温度２５℃の熱伝導率が１５０〜３００Ｗ／ｍＫであること、（２）温度２５℃〜１５０℃の線膨張係数が３．５〜５．５×１０−６／Ｋであること、（３）体積固有抵抗が１０−５〜１０−１Ω・ｍであること、（４）温度２５℃の５規定のＨＣｌ水溶液又は７５℃の１０規定のＮａＯＨ水溶液に１分間浸漬したときに、いずれの場合も、少なくとも一面の質量減少が０．２ｍｇ／ｃｍ２以下であること、から選ばれた少なくとも１つの特性を備えていることが好ましい。
【０００８】
また、本発明は、上記本発明のＬＥＤ搭載用基板９の少なくとも一面に、金属層８又は金属層８と金属層７、反射層６、ＬＥＤ５及び透明導電層４を順次有しており、この透明導電層に電極（図示せず）が取り付けられてなることを特徴とするＬＥＤ搭載構造体である。
【０００９】
さらに、本発明は以下の工程を順次経ることを特徴とする上記本発明のＬＥＤ搭載構造体の製造方法である。
（ア）単結晶成長基板１の表面にｎ型ＩＩＩ−Ｖ族半導体のバッファー層２又は無機化合物の表面コーティグ層３を形成させた後、ＬＥＤ５をエピタキシャル成長させる工程
（イ）ＬＥＤ５のｐ型ＩＩＩ−Ｖ族半導体層５３の表面に金属層の反射層６を、更に必要に応じてこの反射層６の表面に金属層７を形成する一方、ＬＥＤ搭載用基板９の表面に金属層８を形成する工程
（ウ）上記反射層６又は上記金属層７と、上記金属層８とを接面させ、加熱して接合体を製造する工程
（エ）上記単結晶成長基板１と上記バッファー層２又は上記表面コーティグ層３を除去する工程
（オ）露出したＬＥＤ５のｐ型ＩＩＩ−Ｖ族半導体層５３表面を加工してから、透明導電層４とこの透明導電層４に電極（図示せず）を形成させた後、所望形状に切断する工程
【００１０】
本発明のＬＥＤ搭載構造体の製造方法にあっては、（５）単結晶成長基板の材質が、単結晶サファイア、単結晶炭化珪素、単結晶ＧａＡｓ、単結晶Ｓｉのいずれかであること、（６）表面コーティグ層の材質が、ＡｌＮ、ＳｉＣ、ＧａＮ及びＧａＡｓから選ばれた少なくとも一種の無機化合物であること、（７）バッファー層２及びＬＥＤ５を構成するＩＩＩ−Ｖ族半導体が、ＧａＮ、ＧａＡｓ、ＧａＰのいずれかであること、（８）反射層６、金属層７及び金属層８の材質が、インジウム、アルミニウム、金、銀及びこれらの合金から選ばれた少なくとも１種の金属であること、（９）透明導電層４の材質が、酸化インジウム錫、酸化カドミウム錫、酸化インジウム亜鉛、酸化アルミニウム亜鉛、酸化錫亜鉛、酸化錫アンチモニーから選ばれた少なくとも１種の金属であること、（１０）切断を、レーザー照射、エッチング及び研削から選ばれた少なくとも１つの方法で行うこと、から選ばれた少なくとも１つの実施態様を有していることが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、ＬＥＤとの線膨張率差の小さい、高熱伝導性のＬＥＤ搭載用基板が提供される。本発明のＬＥＤ搭載用基板は、ＬＥＤ搭載構造体の製造時に使用される酸とアルカリ水溶液に対する耐薬品性に優れ、しかも導電性も大であるので電極の形成が容易となる。本発明のＬＥＤ搭載構造体は、放熱性、信頼性に優れた高出力のものであり、単位面積当たりの発光量の増加が可能となる。本発明のＬＥＤ搭載構造体の製造方法によれば、本発明のＬＥＤ搭載構造体を容易に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施例１で製造された接合体の概略断面図
【図２】実施例２〜１０で製造された接合体の概略断面図
【図３】実施例１〜１０で製造されたＬＥＤ搭載構造体の概略断面図
【図４】比較例１で製造された従来構造のＬＥＤ搭載構造体の概略断面図
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明のＬＥＤ搭載構造体の製造方法に用いる単結晶成長基板１は、後工程でエピタキシャル成長させるＬＥＤ５との格子定数の差が小さく、かつ欠陥の少ないものが使用される。成長層の結晶性と均一性を確保し、エピタキシャル成長時の雰囲気に対する耐久性を高める点から、単結晶材料が好ましく、なかでも単結晶サファイア、単結晶炭化珪素、単結晶ＧａＡｓ、単結晶Ｓｉのいずれかであることが特に好ましい。また、単結晶成長基板の格子定数をＬＥＤのそれに可及的に近づけるため、ＡｌＮ、ＳｉＣ、ＧａＮ及びＧａＡｓから選ばれた少なくとも１種の無機化合物による表面コーティング層３を有していることが好ましい。また、バッファー層２及びＬＥＤ５を構成するＩＩＩ−Ｖ族半導体としては、ＬＥＤ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。これらは、最適発光波長に応じて選択される。なお、通常、ＬＥＤ５は、ｎ型ＩＩＩ−Ｖ族半導体層５１、発光層５２及びｐ型ＩＩＩ−Ｖ族半導体層５３で構成されているが、本発明では何もこの構造には限定されない。
【００１４】
本発明のＬＥＤ搭載構造体の製造方法においては、まず、単結晶成長基板の表面にＬＥＤをエピタキシャル成長させる（ア工程）。具体的には、単結晶成長基板１の表面にｎ型ＩＩＩ−Ｖ族半導体のバッファー層２又は無機化合物の表面コーティグ層３を形成してからＬＥＤ５をエピタキシャル成長させる。ＬＥＤは、例えばｎ型ＩＩＩ−Ｖ族半導体層５１と発光層５２とｐ型ＩＩＩ−Ｖ族半導体層５３とを、例えば有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）、ハライド気相エピタキシャル法（ＨＶＰＥ法）等によってエピタキシャル成長させることが好ましい。ＭＯＣＶＤ法によれば、結晶性の良いＩＩＩ−Ｖ族半導体結晶を成長させることができ、ＨＶＰＥ法によれば、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。エピタキシャル成長させたＬＥＤは、発光特性を更に向上させるために、その表面をエッチングや研磨等の処理を施すこともできる。
【００１５】
ア工程で用いられる単結晶成長基板１としては、単結晶サファイア、単結晶炭化珪素、単結晶ＧａＡｓ、単結晶Ｓｉのいずれかであることが好ましく、その厚みは０．１〜１．０ｍｍであることが好ましい。また、バッファー層２の厚みは０．１〜０．８μｍ、表面コーティグ層３の厚みは０．１〜０．８μｍ、ＬＥＤ５の厚みは０．６〜１５μｍであることが好ましい。なお、ｎ型ＩＩＩ−Ｖ族半導体層５１、発光層５２、ｐ型ＩＩＩ−Ｖ族半導体層５３の厚みは、一般的には、それぞれ０．３〜１０μｍ、０．１〜０．５μｍ、０．３〜１０μｍである。
【００１６】
ついで、ＬＥＤをエピタキシャル成長させた単結晶成長基板と、本発明のＬＥＤ搭載用基板とを接合する。本発明のＬＥＤ搭載用基板については後述する。すなわち、ＬＥＤ５のｐ型ＩＩＩ−Ｖ族半導体層５３の表面に金属層の反射層６を、必要に応じてこの反射層６の表面に更に金属層７を形成する一方、ＬＥＤ搭載用基板９の表面には金属層８を形成してから（イ工程）、上記反射層６又は上記金属層７と、上記金属層８とを接面させ、加熱して接合体を製造する（ウ工程）。
【００１７】
反射層６と金属層８が同種金属で構成されているときは、金属層７は必ずしも必要でないが、異種金属で構成されているときは、反射層６の表面には金属層８と同種の金属層７を有させることが好ましい。反射層６、金属層７及び金属層８の形成には、蒸着法、スパッタリング法等が採用される。これらの層の金属種は、インジウム、アルミニウム、金、銀及びこれらの合金であることが好ましい。とくに、反射層６と金属層８は同種の金属種で構成されていることが好ましい。反射層６、金属層７及び金属層８の厚みは、極端に厚いと密着性が低下する恐れがあるので、それぞれ０．５〜１０μｍであることが好ましく、それぞれ０．５〜２μｍであることが特に好ましい。これらの厚みにあっても、反射層６の厚みは金属層８の厚みと同じであるか、又は１０％以内で厚いか薄い方が好ましい。
【００１８】
加熱は２０ＭＰａ以下で加圧しながら行うことが好ましい。加熱温度は反射層６、金属層７、金属層８の種類によって２５０℃〜５５０℃の範囲から選択される。
【００１９】
ついで、上記接合体から単結晶成長基板１とバッファー層２又は表面コーティグ層３が除去される（エ工程）。単結晶成長基板の除去は単結晶成長基板側からレーザー照射、研磨、エッチング等によって行われる。バッファー層はエッチング等によって、表面コーティグ層は研削加工等によって除去される。この工程によって接合体は符号５〜９からなる中間体に変わる。
【００２０】
その後、上記中間体の、露出したＬＥＤ５のｐ型のＩＩＩ−Ｖ族半導体層５３を表面加工してから、透明導電層４とこの透明導電層４に電極（図示せず）を形成した後、所望形状に切断すれば本発明のＬＥＤ搭載構造体となる（オ工程）。
【００２１】
表面加工は、ＩＣＰドライエッチング等によって行われることが好ましく、これによって透明導電層の形成に適した表面へと平坦化される。透明導電層は電流分散のために形成するものであり、電子ビーム蒸着法、スパッタ法等によって、０．０５〜０．８μｍの厚みに形成される。材質は、酸化インジウム錫、酸化カドミウム錫、酸化インジウム亜鉛、酸化アルミニウム亜鉛、酸化錫亜鉛、酸化錫アンチモニーから選ばれた少なくとも１種の金属であることが好ましい。
【００２２】
電極の形成には蒸着法、スパッタリング法等が採用される。電極材料はＡｕ、Ａｇ、Ａｌ等から選択される。切断はレーザーカット、ダイシングから選ばれた少なくとも１つの方法によって行われる。
【００２３】
つぎに、本発明のＬＥＤ搭載用基板について説明する。
【００２４】
ＬＥＤ搭載用基板として欠くことのできない要件は、（ａ）ＬＥＤをエピタキシャル成長させた単結晶成長基板と、ＬＥＤ搭載用基板とを接合する際に、耐え得る強度を有すること、（ｂ）接合面にボイドや異物等の介在物がなく接合面が平坦になること、（ｃ）放熱性が良好であること、及び（ｄ）適度な熱伝導率と線膨張係数を有すること、である。
【００２５】
（ａ）は、ＬＥＤ搭載用基板の３点曲げ強度を５０〜３５０ＭＰａにすることによって、（ｂ）は、表面粗さ（Ｒａ）を０．０１〜０．５μｍとすることによって、（ｃ）は、板厚を０．０５〜０．５ｍｍとすることによって、そして（ｄ）は、気孔率が１０〜５０体積％の炭化珪素多孔体にシリコン又はシリコン合金を含浸させることによって、満たさせることができる。好ましい３点曲げ強度は２００〜３００ＭＰａであり、好ましい表面粗さ（Ｒａ）は０．０１〜０．２μｍである。好ましい板厚は０．０８〜０．３ｍｍである。好ましい熱伝導率は１５０〜３００Ｗ／ｍＫ（温度２５℃）である。好ましい線膨張係数は３．５〜５．５×１０−６／Ｋ（温度２５℃〜１５０℃）であり、更に好ましくは４〜５×１０−６／Ｋ（温度２５℃〜１５０℃）である。
【００２６】
３点曲げ強度は、炭化珪素粉末の粒度とその含有量によって増減させることができ、表面粗さ（Ｒａ）と板厚は、加工条件によって増減させることができる。熱伝導率と線膨張係数は、炭化珪素多孔体の気孔率とシリコン又はシリコン合金の含浸量によって増減させることができる。
【００２７】
本発明のＬＥＤ搭載用基板において、３点曲げ強度が５０ＭＰａ未満であると、ＬＥＤ搭載構造体を製造する各工程で生じる応力に耐えらなくなる恐れがある。３５０ＭＰａをこえて高強度化する利点はあまりない。表面粗さ（Ｒａ）が０．０１μｍ未満であると、加工が困難となり、コスト向上に繋がり、０．５μｍをこえると、ＬＥＤとＬＥＤ搭載用基板との密着性が低下する恐れがある。板厚が０．０５ｍｍ未満であると、ＬＥＤ搭載構造体を製造する各工程でのハンドリングが困難となり、０．５ｍｍをこえると最終形状への加工代が増加する。炭化珪素多孔体の気孔率が１０体積％未満であると、シリコン又はシリコン合金を十分に含浸させることができずに熱伝導率の低下となり、５０体積％をこえるとＬＥＤ搭載用基板の線膨張係数が小さくなる恐れがある。
【００２８】
ＬＥＤ搭載用基板の線膨張係数（温度２５℃〜１５０℃）が３．５〜５．５×１０−６／Ｋの範囲を外れると、ＬＥＤとの線膨張係数差により接合後に反りが発生する恐れがあり、またＬＥＤ搭載構造体として使用する際に接合層に剥離や、更にはＬＥＤが割れる恐れがある。また、熱伝導率（温度２５℃）が１５０Ｗ／ｍＫ未満であると、ＬＥＤ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、ＬＥＤ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る恐れがある。一方、３００Ｗ／ｍＫこえてもよいが、ＬＥＤ搭載用基板の材料が高価になる。
【００２９】
本発明のＬＥＤ搭載用基板の体積固有抵抗は１０−１Ω・ｍ未満であることが好ましく、これをこえると、発光効率の低下等が起こる恐れがある。体積固有抵抗の下限値は、材料入手の容易性の点から１０ー５Ω・ｍであることが好ましい。体積固有抵抗はシリコン又はシリコン合金の含有量によって増減させることができる。
【００３０】
本発明のＬＥＤ搭載用基板は、炭化珪素が５０〜９０体積％、シリコン又はシリコン合金が１０〜５０体積％で構成されていることが好ましく、特に炭化珪素が６５〜８５体積％、シリコン又はシリコン合金が１５〜３５体積％で構成されていることが好ましい。炭化珪素の含有量が５０体積％未満では、ＬＥＤ搭載用基板の線膨張係数が小さくなり、一方、９０体積％をこえると、シリコン又はシリコン合金を十分に含浸させることが困難となる。
【００３１】
シリコン又はシリコン合金のシリコン分が７０体積％以上であることが好ましい。これによって、耐薬品性に優れたＬＥＤ搭載用基板となる。シリコン又はシリコン合金中のシリコン、アルミニウム以外の金属成分は、極端に特性が変化しない限り、例えば銅、マグネシウム等が含まれていても良い。ここで、「耐薬品性」とは、温度２５℃の５規定のＨＣｌ水溶液又は７５℃の１０規定のＮａＯＨ水溶液に１分間浸漬したとき、少なくとも一面の質量減少がそれぞれ０．２ｍｇ／ｃｍ２以下、さらに好ましくは０．１ｍｇ／ｃｍ２以下であることをいう。耐薬品性がよいと、バッファー層や単結晶成長基板など除去する際のエッチング工程において、シリコン又はシリコン合金に含まれるアルミニウム等の成分が溶出することによる熱伝導率等の低下や、所定形状に切断する際のチッピング不良がなくなる利点がある。
【００３２】
本発明のＬＥＤ搭載用基板は、基板自体が導電性を有しているので、ＬＥＤに電極を形成することが容易となる。サファイア基板等の基板にあっては、ＬＥＤの上部をエッチング等で除去してから、同一面側に電極を形成する必要があるが、本発明のＬＥＤ搭載用基板を用いればこの操作は不要となる。その結果、ＬＥＤの単位面積当たりの発光量を増加させることができる。
【００３３】
本発明のＬＥＤ搭載用基板は、炭化珪素粉末、又は炭化珪素粉末と例えばメチルセルロース、シリカゾル等のバインダーとの混合粉末を成形した後、焼結し、気孔率が１０〜５０体積％の炭化珪素多孔体（以下、プリフォームともいう。）を製造し、これに所定のシリコン又はシリコン合金を含浸させることによって製造することができる。
【００３４】
プリフォームの気孔率の調整は、炭化珪素粉末の粒度、成形圧力、焼結条件等によって行うことができる。プリフォームへの成形方法は、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を採用することができる。プリフォームは、必要に応じて平板状や円柱状に加工して用いる。板厚が０．０５〜０．５ｍｍのＬＥＤ搭載用基板を製造するためには、３点曲げ強度が３〜１４０ＭＰａ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３点曲げ強度は、バインダー及び焼成条件によって制御できる。
【００３５】
プリフォームへのシリコン又はシリコン合金の含浸は、例えば坩堝に両者を入れ、非酸化性雰囲気中又は減圧下でシリコン又はシリコン合金の融点以上で加熱する非加圧含浸法によることが好ましい。坩堝には黒鉛製又はＢＮ製のものが使用される。プリフォームとシリコン又はシリコン合金との複合化には含浸法以外に粉末冶金法があるが、特性面から非加圧含浸法が好ましい。
【００３６】
シリコン又はシリコン合金を含浸したプリフォームは、その形状が円柱状である場合、ダイヤモンド砥石等を用いて所定寸法に外形加工した後、マルチワイヤーソー、内周刃切断機等で所望形状よりも０．１〜０．５ｍｍ厚い板厚に切断加工する。切断代が少なく量産性に適したマルチワイヤーソーによる切断が好適である。
【００３７】
マルチワイヤーソーの切断では、遊離砥粒タイプ及びダイヤモンド等の研削材を付着したワイヤーが用いられる。切断加工後の板状体は、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０．０５〜０．５ｍｍで、しかも表面粗さ（Ｒａ）が０．５μｍ以下に面加工をしてから洗浄することが好ましい。表面粗さを更に小さくするために、両面研削盤、ロータリー研削盤、平面研削盤等で面加工した後、更にラップ盤で仕上げ加工をすることもある。また、本発明のＬＥＤ搭載構造体の製造工程で、本発明のＬＥＤ搭載用基板をＬＥＤと接合した後に研磨加工する場合には、片面（接合面）のみに所定の表面粗さまで面加工をすることもある。このような加工によって、一段と性能に優れたＬＥＤ搭載用基板となる。
【００３８】
一方、シリコン又はシリコン合金を含浸したプリフォームの形状が板状である場合、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０．０５〜０．５ｍｍで、しかも表面粗さ（Ｒａ）が０．５μｍ以下に面加工した後、ウォータージェット加工機、放電加工機、レーザー加工機、ダイシングマシン、円筒研削盤等で所定形状に外周加工を行ってから洗浄する。この場合、先に外周加工を行い、その後、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０．０５〜０．５ｍｍで、表面粗さ（Ｒａ）が０．５μｍ以下に面加工をしてから洗浄することもできる。
【実施例】
【００３９】
実施例１
（ＬＥＤ搭載用基板の製造）
炭化珪素粉末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（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を攪拌混合機で３０分間混合した後、Φ５５ｍｍ×２０ｍｍ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。
【００４０】
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％のプリフォームを製造した。このプリフォームを、マシニングセンターでダイヤモンド砥石を用い、外形寸法が、Φ５２ｍｍ×２０ｍｍの形状に加工した。研削加工により３点曲げ強度測定用試験体（３ｍｍ×４ｍｍ×４０ｍｍ）を切り出し３点曲げ強度を測定したところ、８０ＭＰａであった。
【００４１】
上記プリフォームと塊状のシリコンを、ＢＮ粉を塗布した黒鉛坩堝に入れ、電気炉内にセットした。炉内を真空引きし、１６５０℃で８時間保持してプリフォームにシリコンを含浸させた。室温まで冷却した後、円筒研削盤で余分なシリコンを除去し、Φ５２×２０ｍｍ形状のシリコン含浸のプリフォームを製造した。
【００４２】
ついで、得られたシリコン含浸のプリフォームから、研削加工により線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）を切り出した。それぞれの試験体を用いて、温度２５℃〜１５０℃の線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、線膨張係数は４．３×１０-6／Ｋ、熱伝導率は２１０Ｗ／ｍＫ、３点曲げ強度は２９０ＭＰａ、体積固有抵抗は１０-２Ω・ｍであった。
【００４３】
その後、シリコン含浸のプリフォームを、円筒研削盤でダイヤモンドの砥石を用いて、Φ５０．８ｍｍ×２０ｍｍの円柱形状に外周加工をした後、マルチワイヤーソーでダイヤモンド砥粒を用い、切断切り込み速度０．２ｍｍ／ｍｉｎで、板厚０．２ｍｍの円板に切断加工した。この円板を、両面研削盤で＃６００のダイヤモンド砥石を用いて板厚０．１２ｍｍに研削加工し、更にラップ盤でダイヤモンド砥粒を用いて板厚０．１ｍｍでまで研磨加工した。これを純水中で、その後更にイソプロピルアルコール中で超音波洗浄をし、乾燥して本発明のＬＥＤ搭載用基板を製造した。
【００４４】
得られたＬＥＤ搭載用基板の表面粗さ（Ｒａ）は０．３０μｍであった。また、
温度２５℃の５規定のＨＣｌ水溶液又は７５℃の１０規定のＮａＯＨ水溶液に１分間浸漬した後、蒸留水で各水溶液を洗い流し、拭取った後の質量を測定し、単位面積当たりの質量減少量を算出した。その結果、ＨＣｌ水溶液に浸漬したときは０．０００ｍｇ／ｃｍ２であり、ＮａＯＨ水溶液に浸漬したとき０．０７８ｍｇ／ｃｍ２であった。
【００４５】
（ＬＥＤ搭載構造体の製造）
図１に示すように、板厚が０．５ｍｍの単結晶成長基板（単結晶サファイア基板）１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、ｎ型ＩＩＩ−Ｖ族半導体のバッファー層（ｎ型ＧａＮバッファー層）２を０．３μｍ形成させた後、ＬＥＤ５を４．１μｍエピタキシャル成長させた。ＬＥＤ５は、ｎ型III−Ｖ族半導体層（ｎ型ＧａＮ半導体層）５１が２μｍ、発光層（ＧａＮ発光層）５２が０．１μｍ、及びｐ型ＩＩＩ−Ｖ族半導体層（ｐ型ＧａＮ半導体層）５３が２μｍで構成されていた。
【００４６】
つぎに、ＬＥＤ５のｐ型ＧａＮ半導体層５３の表面に、銀／錫合金（Ａｇ３．５質量％、Ｓｎ９６．５質量％）の金属層の反射層６を２μｍの厚さに真空蒸着した。一方、上記で製造された本発明のＬＥＤ搭載用基板９の表面にも、同様の方法で銀／錫合金（（Ａｇ３．５質量％、Ｓｎ９６．５質量％）の金属層８を２μｍの厚さに蒸着した。
【００４７】
上記反射層６と上記金属層８とを接面させて積層し、温度４００℃で、５ＭＰａの加圧下で５分間保持した。得られた接合体は、単結晶成長基板（単結晶サファイア基板）側より、出力４０ＭＷ／ｃｍ2の窒素ガスレーザーを照射し単結晶サファイア基板を剥離した。また、このレーザー照射により、ｎ型ＧａＮバッファー層２がＧａと窒素に分解されて発生した窒素ガスにより単結晶サファイア基板が剥離された。
【００４８】
その後、露出したｎ型ＧａＮバッファー層２をエッチングにより除去した後、ＬＥＤ５の表面に酸化インジウム錫（Ｓｎ４．５質量％）の透明導電層９を０．４μｍの厚みに形成した。その後、この透明導電層にｎ型電極としてＡｕを蒸着してから、ダイシングにより1ｍｍ□に切断して本発明のＬＥＤ搭載構造体を製造した（図３参照、但し電極は図示せず）。
【００４９】
実施例２〜１０  
実施例１と同一割合で混合した、炭化珪素粉末Ａ、炭化珪素粉末Ｂ、炭化珪素粉末Ｃ及び成形バインダーからなる混合粉末を、Φ５５ｍｍ×２０ｍｍ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。
【００５０】
得られた成形体を、実施例１と同一条件で脱脂処理後、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％のプリフォームを製造し、実施例１と同様にして外形寸法がΦ５２ｍｍ×２０ｍｍの形状に加工した。これらの３点曲げ強度を実施例１と同様に測定したところ、実施例２〜１０の全てが１２０〜１３０ＭＰaの範囲内であった。
【００５１】
得られたプリフォームと、表１に示す塊状のシリコン又はシリコン合金を、ＢＮ粉を塗布した黒鉛坩堝に入れ電気炉内にセットした後、炉内を真空引きし、１６５０℃で１０時間保持して、シリコン又はシリコン合金を含浸させたプリフォームを製造し、実施例１と同様にして余分なシリコン又はシリコン合金を除去して、Φ５２×２０ｍｍ形状のシリコン又はシリコン合金含浸のプリフォームを製造した。
【００５２】
シリコン含浸のプリフォームのかわりに、このシリコン又はシリコン合金含浸のプリフォームを用いたこと以外は、実施例１と同様にして線膨張係数、熱伝導率、３点曲げ強度、体積固有抵抗を測定した。その後、実施例１と同様な手順でＬＥＤ搭載用基板を製造し、表面粗さ（Ｒａ）と単位面積当たりの質量減少量を測定した。それらの結果を表１に示す。
【００５３】
【表１】
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【００５４】
（ＬＥＤ搭載構造体の製造）
図２に示すように、板厚が０．５ｍｍの単結晶成長基板（単結晶サファイア基板）１に、ＣＶＤ法でＳｉＣからなる表面コーティング層３を２μｍ形成した後、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、温度１０５０℃でＨＶＰＥ法により、厚みが４．１μｍのＬＥＤ５をエピタキシャル成長させた。ＬＥＤ５は、ｎ型III−Ｖ族半導体層（ｎ型ＧａＮ半導体層）５１が２μｍ、発光層（ＧａＮ発光層）５２が０．１μｍ、及びｐ型ＩＩＩ−Ｖ族半導体層（ｐ型ＧａＮ半導体層）５３が２μｍで構成されていた。
【００５５】
つぎに、ＬＥＤ５のｐ型ＧａＮ半導体層５３の表面に、真空蒸着法で、銀を０．５μｍの厚さに蒸着して反射層６を形成した後、Ａｕ／錫合金（Ａｕ８０質量％、Ｓｎ２０質量％）を１．５μｍの厚さに蒸着して金属層７を形成した。実施例２〜１０のＬＥＤ搭載用基板９の表面にも、同様の方法でＡｕ／錫合金を１．５μｍの厚さに蒸着して金属層８を形成した。金属層７と金属層８を接面させて積層し、温度５００℃で、５ＭＰａの加圧下で５分間保持し接合体を製造した。
【００５６】
得られた接合体を、酸処理して単結晶成長基板（単結晶サファイア基板）１をエッチング除去した後、研削加工により表面コーティング層３を完全に除去した。ついで、露出したＬＥＤ５の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（Ｓｎ４．５質量％）の透明導電層９を０．２μｍの厚みに形成した。その後、ｎ型電極としてＡｕを蒸着しレーザー加工してＬＥＤ搭載構造体を製造した（図３参照、但し電極は図示せず）。
【００５７】
実施例１〜１０のＬＥＤ搭載構造体は、ＬＥＤから発生する熱を十分に放熱することができ、発光効率の低下及び素子寿命の低下を緩和することができた。また、実施例１〜１０のＬＥＤ搭載構造体に使用されたＬＥＤ搭載用基板は、導電性であるので、ｐ型又はｎ型の片方のＧａＮの一部をエッチング等で除去して電極を形成する必要がなく、ＬＥＤ搭載用基板の単位面積当たりの発行量を増加させることができた。
【００５８】
実施例１１
（ＬＥＤ搭載用基板の製造）
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、及び成形バインダー（メチルセルロース）３００ｇを攪拌混合機で３０分間混合した後、Φ５５ｍｍ×２０ｍｍ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】
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１９００℃で２時間焼成して、気孔率が３５体積％のプリフォームを製造した。これを、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、Φ５２ｍｍ×２０ｍｍの形状に加工し、３点曲げ強度を実施例１と同様にして測定したところ、５０ＭＰａであった。
【００６０】
得られたプリフォームと塊状のシリコンを用い、１０時間保持を８時間保持に変更したこと以外は実施例２と同様にしてシリコン含浸のプリフォームを製造した。
【００６１】
このシリコン含浸のプリフォームについて、実施例１と同様にして特性を測定した。その結果、温度２５℃〜１５０℃の線膨張係数は４．1×１０-6／Ｋ、温度２５℃での熱伝導率は２００Ｗ／ｍＫ、３点曲げ強度は２９０ＭＰａ、体積固有抵抗は１０-３Ω・ｍであった。また、表面粗さ（Ｒａ）はＲａ０．０４μｍであった。また、単位面積当たりの質量減少量は、ＨＣｌ水溶液に浸漬したときは０．０００ｍｇ／ｃｍ２であり、ＮａＯＨ水溶液に浸漬したときは０．００８０ｍｇ／ｃｍ２であった。
【００６２】
比較例１
実施例１に準じ、板厚が０．５ｍｍの単結晶サファイア基板（単結晶成長基板）１の上に、ｎ型ＧａＮバッファー層２を０．５μｍ形成させてから、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、温度１１００℃のＭＯＣＶＤ法により、厚みが６.２μｍのＬＥＤ５をエピタキシャル成長させた。ＬＥＤ５は、ｎ型ＧａＮ半導体層５１が３μｍ、発光層５２が０．２μｍ、及びｐ型ＧａＮ半導体層５３が３μｍで構成されていた。
【００６３】
ＩＣＰドライエッチングにより、ｐ型ＧａＮ半導体層５３及び発光層５２を部分的にエッチングしてから、ｐ型ＧａＮ半導体層５３の表面に酸化インジウム錫（Ｓｎ４．５質量％）の透明導電層を０.２μｍを形成した（図４参照）。その後、ｐ型電極及びｎ型電極としてＡｕを蒸着して形成し、レーザー加工してＬＥＤ搭載構造体を製造した。その結果、実施例１〜１０のＬＥＤ搭載構造体と比較して、単位面積当たりの発光量が低下し、またＬＥＤから発生した熱を十分に放熱することができず、温度が約２０℃上昇した。
【００６４】
ＧａＮをＧａＡｓ又はＧａＰにしたこと、バッファー層をＡｌＮ、ＧａＮ又はＧａＡｓの表面コーティング層にしたこと、単結晶サファイア基板を単結晶炭化珪素、単結晶ＧａＡs又は単結晶Ｓｉにしたこと以外は、実施例１に準じＬＥＤ搭載用基板と、それを用いたＬＥＤ搭載構造体を製造した。その結果、実施例１とほぼ同等の好結果が得られた。
【符号の説明】
【００６５】
１  単結晶成長基板
２  ｎ型ＩＩＩ−Ｖ族半導体のバッファー層
３  無機化合物の表面コーティング層
４  透明導電層
５  ＬＥＤ
５１  ｎ型ＩＩＩ−Ｖ族半導体層
５２  発光層
５３  ｐ型ＩＩＩ−Ｖ族半導体層
６  反射層
７  反射層５表面の金属層
８  ＬＥＤ搭載用基板９表面の金属層
９  ＬＥＤ搭載用基板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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