(57)【要約】  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、高出力ＬＥＤ用として好適なＬＥＤ発光素子用基板を提供する。  炭化珪素、窒化アルミニウム、窒化珪素、ダイヤモンド、黒鉛、酸化イットリウム及び酸化マグネシウムの中から選ばれる１種以上からなり、気孔率が１０〜５０体積％、３点曲げ強度が５０ＭＰａ以上である多孔体に、溶湯鍛造法にて含浸圧力３０ＭＰａ以上でアルミニウム合金又は純アルミニウムを含浸し、板厚０．０５〜０．５ｍｍで、表面粗さ（Ｒａ）０．０１〜０．５μｍに切断及び／又は研削加工した後、表面にＮｉ、Ｃｏ、Ｐｄ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｓｎの中から選ばれる１種以上の金属層を、厚みが０．５〜１５μｍとなるように形成して、ＬＥＤ発光素子用複合材料基板を製造する。
2010092972.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化珪素、窒化アルミニウム、窒化珪素、ダイヤモンド、黒鉛、酸化イットリウム及び酸化マグネシウムの中から選ばれる１種以上からなり、気孔率が１０〜５０体積％である多孔体にアルミニウム合金又は純アルミニウムを含浸し、所定の板厚、表面粗さの複合材料体に加工した後、表面にＮｉ、Ｃｏ、Ｐｄ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｓｎの中から選ばれる１種以上の金属を含む金属層を、厚みが０．５〜１５μｍとなるように形成してなるＬＥＤ発光素子用複合材料基板。
【請求項２】
前記多孔体が、５０ＭＰａ以上の３点曲げ強度を有し、前記アルミニウム合金又は純アルミニウムが、溶湯鍛造法にて含浸圧力３０ＭＰａ以上で前記多孔体に含浸せしめられる請求項１に記載の複合材料基板。
【請求項３】
前記複合材料体の板厚が０．０５〜０．５ｍｍで、表面粗さ（Ｒａ）が０．０１〜０．５μｍとされる請求項１又は２に記載の複合材料基板。
【請求項４】
前記複合材料体の板厚が０．０５〜０．５ｍｍで、表面粗さ（Ｒａ）が０．０１〜２μｍとされ、更に前記金属層の形成後の片面が表面粗さ（Ｒａ）０．０１〜０．５μｍに加工されてなる請求項１又は２に記載の複合材料基板。
【請求項５】
温度２５℃の熱伝導率が１００〜５００Ｗ／ｍＫ、温度２５℃〜１５０℃の線熱膨張係数が４〜９×１０−６／Ｋ、３点曲げ強度が５０ＭＰａ以上、体積固有抵抗が１０−９〜１０−５Ω・ｍである請求項１又は２に記載の複合材料基板。
【請求項６】
板厚が０．０５ｍｍ〜０．５ｍｍで、少なくとも一主面の表面粗さ（Ｒａ）が０．０１〜０．５μｍであり、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重量減少量が０．２ｍｇ／ｃｍ２以下である請求項５に記載の複合材料基板。
【請求項７】
ＬＥＤ発光素子用複合材料基板の製造方法であって、
（ａ）炭化珪素、窒化アルミニウム、窒化珪素、ダイヤモンド、黒鉛、酸化イットリウム及び酸化マグネシウムの中から選ばれる１種以上からなり、気孔率が１０〜５０体積％である多孔体を準備し、
（ｂ）前記多孔体にアルミニウム又は純アルミニウムを含浸させ、所定の板厚、表面粗さに加工して複合材料体を形成し、
（ｃ）前記複合材料体の表面にＮｉ、Ｃｏ、Ｐｄ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｓｎの中から選ばれる１種以上の金属を含む金属層を、厚みが０．５〜１５μｍとなるように形成する
工程を具備してなる製造方法。
【請求項８】
工程（ａ）において、前記多孔体が５０ＭＰａ以上の３点曲げ強度を有し、前記工程（ｂ）において、前記アルミニウム合金又は純アルミニウムを、溶湯鍛造法にて含浸圧力３０ＭＰａ以上で前記多孔体に含浸せしめる、請求項７に記載の製造方法。
【請求項９】
工程（ｂ）において、複合材料体の板厚を０．０５〜０．５ｍｍに、表面粗さ（Ｒａ）を０．０１〜０．５μｍにする請求項７に記載の製造方法。
【請求項１０】
工程（ｂ）において、複合材料体の板厚を０．０５〜０．５ｍｍに、表面粗さ（Ｒａ）を０．０１〜２μｍにし、
工程（ｃ）において、金属層を形成した複合材料体の片面を表面粗さ（Ｒａ）０．０１〜０．５μｍに加工する、請求項７に記載の製造方法。
【請求項１１】
ＬＥＤ発光素子の製造方法であって、
（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、
（２）前記ＩＩＩ−Ｖ族半導体結晶の表面に金属層を介して、請求項１から６の何れか一項に記載のＬＥＤ発光素子用複合材料基板を接合した後、前記単結晶成長基板をレーザー照射、エッチング、研削のいずれかの方法により除去し、
（３）前記単結晶成長基板が除去された側のＩＩＩ−Ｖ族半導体結晶の表面を加工し、電極形成を行った後、切断加工する
工程を具備してなる製造方法。
【請求項１２】
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からなる群から選ばれる材料製である請求項１１に記載のＬＥＤ発光素子の製造方法。
【請求項１３】
単結晶成長基板が、ＡｌＮ、ＳｉＣ、ＧａＮ、ＧａＡｓからなる群から選ばれる材料で表面コーティングされる請求項１１又は１２に記載のＬＥＤ発光素子の製造方法。
【請求項１４】
ＩＩＩ−Ｖ族半導体結晶が、ＧａＮ、ＧａＡｓ、ＧａＰのいずれかである請求項１１から１３の何れか一項に記載のＬＥＤ発光素子の製造方法。
【請求項１５】
請求項１１から１４の何れか一項に記載のＬＥＤ発光素子の製造方法によって得ることができるＬＥＤ発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光ダイオード（以下ＬＥＤと云う）素子用の複合材料基板、その製造方法及びその複合材料基板を用いたＬＥＤ発光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＥＤ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。近年、半導体のエピタキシャル成長技術と発光素子プロセス技術の進歩により、変換効率の優れるＬＥＤが開発され、様々な分野において幅広く使用されている。【０００３】
ＬＥＤは、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ｐ型層とｎ型層及び両者に挟まれる光活性層から構成される。一般的には、単結晶サファイア等の成長基板上に、ＧａＮ等のＩＩＩ−Ｖ族半導体結晶をエピタキシャル成長させた後、電極等を形成しＬＥＤ発光素子を形成する（特許文献１）。【０００４】
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る場合、単結晶成長基板とＩＩＩ−Ｖ族半導体結晶の格子定数が異なるため、良好な単結晶を成長させることが難しい。このため、サファイア基板上に低温で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２）。しかし、この手法を用いても、サファイア基板とバッファー層のＧａＮ等との線熱膨張係数差のために、エピタキシャル成長後の基板に反りが発生したり、最悪の場合には基板が割れるという課題がある。よって、線熱膨張係数がＩＩＩ−Ｖ族半導体結晶に近い基板材料が求められている。【０００５】
また、単結晶サファイア基板等の単結晶成長基板は、熱伝導性が良くないという課題もある。単結晶サファイアの場合、熱伝導率が４０Ｗ／ｍＫ程度であり、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い。特に、大電流を流す高出力ＬＥＤでは素子の温度が上昇して、発光効率の低下や素子寿命の低下が起きるという課題がある。このため、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（特許文献３）。このため、高熱伝導性の基板として、熱伝導性に優れる銅等の材料が検討されているが、ＩＩＩ−Ｖ族半導体結晶と線熱膨張係数差が大きく、高出力ＬＥＤ用に十分満足できるものではなかった。【０００６】
【特許文献１】特開２００５−１１７００６号公報
【特許文献２】特公平５−７３２５２号公報
【特許文献３】特開２００６−１２８７１０号公報
【発明の概要】
【０００７】
よって、本発明は、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、高出力ＬＥＤ用として好適なＬＥＤ発光素子用基板及びその製造方法を提供することを目的とする。
【０００８】
また本発明は、このようなＬＥＤ発光素子用基板を用いてＬＥＤ発光素子を製造する方法並びにかかる方法によって製造されるＬＥＤ発光素子を提供することも目的とする。
【０００９】
本発明の一態様では、炭化珪素、窒化アルミニウム、窒化珪素、ダイヤモンド、黒鉛、酸化イットリウム及び酸化マグネシウムの中から選ばれる１種以上からなり、気孔率が１０〜５０体積％である多孔体にアルミニウム合金又は純アルミニウムを含浸し、所定の板厚、表面粗さの複合材料体に加工した後、表面にＮｉ、Ｃｏ、Ｐｄ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｓｎの中から選ばれる１種以上の金属を含む金属層を、厚みが０．５〜１５μｍとなるように形成してなるＬＥＤ発光素子用複合材料基板が提供される。一態様では、前記多孔体は、５０ＭＰａ以上の３点曲げ強度を有し、前記アルミニウム合金は、溶湯鍛造法にて含浸圧力３０ＭＰａ以上で前記多孔体に含浸せしめられる。一実施態様では、前記複合材料体の板厚は、０．０５〜０．５ｍｍで、表面粗さ（Ｒａ）が０．０１〜０．５μｍとされる。他の実施態様では、前記複合材料体の板厚は、０．０５〜０．５ｍｍで、表面粗さ（Ｒａ）が０．０１〜２μｍとされ、かつ金属層形成後の片面が表面粗さ（Ｒａ）０．０１〜０．５μｍに加工される。
また本発明の好ましい実施態様では、複合材料基板は、温度２５℃の熱伝導率が１００〜５００Ｗ／ｍＫ、温度２５℃〜１５０℃の線熱膨張係数が４〜９×１０−６／Ｋ、３点曲げ強度が５０ＭＰａ以上、体積固有抵抗が１０−９〜１０−５Ω・ｍである。また他の実施態様では、複合材料基板は、板厚が０．０５ｍｍ〜０．５ｍｍで、少なくとも一主面の表面粗さ（Ｒａ）が０．０１〜０．５μｍであり、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重量減少量が０．２ｍｇ／ｃｍ２以下である。
【００１０】
本発明の他の態様では、ＬＥＤ発光素子用複合材料基板の製造方法であって、
（ａ）炭化珪素、窒化アルミニウム、窒化珪素、ダイヤモンド、黒鉛、酸化イットリウム及び酸化マグネシウムの中から選ばれる１種以上からなり、気孔率が１０〜５０体積％である多孔体を準備し、
（ｂ）前記多孔体にアルミニウム又は純アルミニウムを含浸させ、所定の板厚、表面粗さに加工して複合材料体を形成し、
（ｃ）前記複合材料体の表面にＮｉ、Ｃｏ、Ｐｄ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｓｎの中から選ばれる１種以上の金属を含む金属層を、厚みが０．５〜１５μｍとなるように形成する
工程を具備してなる製造方法が提供される。
ここで、一実施態様では、工程（ａ）において、前記多孔体が５０ＭＰａ以上の３点曲げ強度を有し、工程（ｂ）において、前記アルミニウム合金又は純アルミニウムを、溶湯鍛造法にて含浸圧力３０ＭＰａ以上で前記多孔体に含浸せしめる。他の実施態様では、工程（ｂ）において、複合材料体の板厚を０．０５〜０．５ｍｍに、表面粗さ（Ｒａ）を０．０１〜０．５μｍにする。他の実施態様では、工程（ｂ）において、複合材料体の板厚を０．０５〜０．５ｍｍに、表面粗さ（Ｒａ）を０．０１〜２μｍにし、工程（ｃ）において、金属層を形成した複合材料体の片面を表面粗さ（Ｒａ）０．０１〜０．５μｍに加工する。
【００１１】
本発明の更なる態様では、ＬＥＤ発光素子の製造方法であって、
（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、
（２）前記ＩＩＩ−Ｖ族半導体結晶の表面に金属層を介して、本発明に係る前述のＬＥＤ発光素子用複合材料基板を接合し、前記単結晶成長基板をレーザー照射、エッチング、研削のいずれかの方法により除去し、
（３）前記単結晶成長基板が除去された側のＩＩＩ−Ｖ族半導体結晶の表面を加工し、電極形成を行った後、切断加工する
工程を具備してなる製造方法が提供される。
ここで、一実施態様では、単結晶成長基板は、単結晶サファイア、単結晶炭化珪素、単結晶ＧａＡｓ、単結晶Ｓｉからなる群から選ばれる材料製である。他の実施態様では、単結晶成長基板は、ＡｌＮ、ＳｉＣ、ＧａＮ、ＧａＡｓからなる群から選ばれる材料で表面コーティングされる。また一実施態様では、ＩＩＩ−Ｖ族半導体結晶は、ＧａＮ、ＧａＡｓ、ＧａＰのいずれかである。更に本発明では、上記何れかのＬＥＤ発光素子の製造方法によって製造され得るＬＥＤ発光素子も開示される。
【００１２】
本発明によれば、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発光素子用複合材料基板が得られる。このＬＥＤ発光素子用複合材料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、上記構成のＬＥＤ発光素子用複合材料基板は、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】本発明の実施例１に係るＬＥＤ発光素子の製造例を説明するための概略断面図で、サファイア成長基板上にバッファー層を介して形成した半導体層に本発明の一実施例に係る複合材料基板を接合した状態を示す。
【図２】図１と同様の図で、成長基板を除去した後に透明導電層を形成した状態を示す。
【図３】本発明の実施例１７に係るＬＥＤ発光素子の製造例を説明するための概略断面図で、Ｓｉ成長基板上に形成した半導体層に本発明の一実施例に係る複合材料基板を接合した状態を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明は、ＬＥＤ発光素子と、該ＬＥＤ発光素子に使用される複合材料基板に関する。以下、ＬＥＤ発光素子の製造について記述し、その中で複合材料基板の製造についても説明する。
【００１５】
本発明の実施形態において、ＬＥＤ発光素子は、単結晶成長基板、ＩＩＩ−Ｖ族半導体結晶、複合材料基板を用いて製造される。
単結晶成長基板は、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からなるものが必要である。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。
【００１６】
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。また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。
【００１７】
本発明の一実施形態では、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。但し、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。
【００１８】
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。本発明では、エピタキシャル成長させたＩＩＩ−Ｖ族半導体結晶の表面に本発明に係る複合材料基板を接合するが、その前に、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、銀又はこれらの合金を用いて形成するのが好ましい。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。
【００１９】
次に、ＩＩＩ−Ｖ族半導体結晶に接合するため、複合材料基板のＩＩＩ−Ｖ族半導体結晶に接合される側の表面にも、同様に蒸着法、スパッタ法等により、金属層を形成する。金属層は、ＩＩＩ−Ｖ族半導体結晶の表面の金属層と同様に、インジウム、アルミニウム、金、銀及びこれらの合金を用いて形成するのが好ましい。複合材料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、複合材料基板の３点曲げ強度が５０ＭＰａ以上である必要があり、好ましくは２００ＭＰａ以上である。（２）の条件を満たすには、複合材料基板の表面粗さ（Ｒａ）が０．０１〜０．５μｍである必要があり、好ましくは、０．０１〜０．２μｍである。
【００２０】
ＩＩＩ−Ｖ族半導体結晶と複合材料基板の接合は、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。
【００２１】
複合材料基板は、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、複合材料基板の温度２５℃〜１５０℃の線熱膨張係数が４〜９×１０−６／Ｋであることが好ましい。更に好ましくは、４〜７×１０−６／Ｋである。複合材料基板の温度２５℃〜１５０℃での線熱膨張係数が４〜９×１０−６／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。
【００２２】
本発明の複合材料基板は、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、複合材料基板の温度２５℃での熱伝導率は、１００〜５００Ｗ／ｍＫであることが好ましく、更に好ましくは、１５０〜５００Ｗ／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。
【００２３】
また放熱性の面から、複合材料基板の板厚は薄い方が好ましいが、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。一実施形態では、複合材料基板の板厚は、０．０５ｍｍ〜０．５ｍｍが好ましく、０．０５ｍｍ〜０．３ｍｍがより好ましい。複合材料基板の板厚が０．５ｍｍ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。本発明の複合材料基板は、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。
【００２４】
本発明では、ＩＩＩ−Ｖ族半導体結晶と複合材料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、単結晶成長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。
【００２５】
本発明の複合材料基板には、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、複合材料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。本発明の複合材料基板の実使用においては、複合材料基板の一主面は、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。
【００２６】
本発明の複合材料基板は、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従来の方法では、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が、本発明では、かかる必要がないので、ＬＥＤ発光素子の製造プロセスの簡略化が可能である。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。本発明の複合材料の体積固有抵抗は、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。
【００２７】
上述した特性を有する複合材料基板の製造方法について、以下に説明する。
複合材料基板に使用される複合材料の製法は、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。
【００２８】
よって、本発明の一実施形態では、複合材料は、溶湯鍛造法により製造される。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。このため、本発明では、炭化珪素、窒化アルミニウム、窒化珪素、ダイヤモンド、黒鉛、酸化イットリウム及び酸化マグネシウムの中から選ばれる１種類以上を用いる。本発明の複合材料は、これらのセラミックスにアルミニウム合金又は純アルミニウムを含浸させて複合化することにより、熱伝導率及び線熱膨張係数を上述した範囲に調整することができる。一実施形態では、複合材料は、これらのセラミックスを５０〜９０体積％含有し、残部がアルミニウム合金又は純アルミニウムからなる複合材料である。セラミックスの含有量は、好ましくは７０〜８５体積％である。セラミックスの含有量が５０体積％未満では、得られる複合材料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、セラミックスの含有量が９０体積％を超えると、複合化時にアルミニウム合金又は純アルミニウム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。
【００２９】
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。また、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。更に、本発明の一実施形態では、最終形状として板厚が０．０５ｍｍ〜０．５ｍｍ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〜０．５ｍｍの板状に加工する際に、反りが発生することがある。
【００３０】
プリフォームは、離型剤を塗布した治具等で固定し、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。プリフォームを固定する治具は、鉄製や黒鉛製の治具を用いることができる。また、個々の治具は、離型剤を塗布した離型板を挟んで積層し、積層体とすることもできる。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き、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。
【００３１】
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、複合材料が得られる。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。
【００３２】
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、得られる複合材料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、得られる複合材料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、得られる複合材料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。
【００３３】
本発明の複合材料基板に使用される複合材料中のアルミニウム合金は、当該分野において使用されているアルミニウム合金であれば如何なるものでも使用することができるが、一実施形態では、アルミニウムを７０質量％以上含有するアルミニウム合金が好適に使用される。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０．３〜２．０質量％含有させると、セラミックス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。
【００３４】
次に、得られた複合材料の加工方法の例を説明する。得られた複合材料が円柱状の形状である場合、円筒研削盤等によりダイヤモンド砥石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、内周刃切断機等で最終形状より０．１〜０．５ｍｍ程度厚い板厚に切断加工する。切断方法については、特に限定はないが、切断代が少なく量産性に適したマルチワイヤーソーでの切断が好適である。マルチワイヤーソーでの切断は、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を用いた加工が採用できる。切断加工後の板状の複合材料は、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、且つ、表面粗さ（Ｒａ）が０．０１〜０．５μｍになるように面加工を行う。面加工に際しては、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、ラップ盤で仕上げ加工を行うこともある。また、ＬＥＤ発光素子の製造工程で、本発明の複合材料基板をＩＩＩ−Ｖ族半導体結晶と接合後に研磨加工する場合は、複合材料基板の片面（接合面）のみに、所定の表面粗さまで面加工を行うこともある。
【００３５】
得られた複合材料が板状である場合、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、且つ、表面粗さ（Ｒａ）が０．０１〜０．５μｍになるように面加工を行った後、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う。得られた複合材料が板状である場合、先に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、且つ、表面粗さ（Ｒａ）が０．０１〜０．５μｍになるように面加工を行うこともできる。
【００３６】
次に、上記のようにして所定の板厚、表面粗さの板状に加工された複合材料体の表面を洗浄後、表面に厚みが０．５〜１５μｍのＮｉ、Ｃｏ、Ｐｄ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｓｎの中から選ばれる１種以上の金属を含む金属層を形成する。金属層厚が０．５μｍ以下では、金属層の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、金属層厚が１５μｍを超えると、金属層と複合材料の熱膨張差による剥離や、得られる金属層を付与した複合材料の線熱膨張係数が大きくなり好ましくない。金属層厚に関しては、より好ましくは２〜１０μｍである。金属層の材質は、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｐｄ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｓｎの中から選ばれる１種以上を含む金属が採用でき、これらの複合金属も使用可能である。また金属層には、Ｐ、Ｂ等の非金属元素が含まれていてもよい。金属層を付与する手法としては、無電解めっき又は電解めっきによることが一般的である。めっき以外の蒸着法等の手法により、板状の複合材料体の表面に、上述した金属を被覆することも可能である。
【００３７】
また、２枚の板状の複合材料体をワックス、接着剤等で張り合わせ、表面を洗浄後、無電解めっき又は電解めっきにより、表面に厚みが０．５〜１５μｍのＮｉ、Ｃｏ、Ｐｄ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｓｎの中から選ばれる１種以上の金属層を形成し、次に、ワックス、接着剤等を除去して、板状の複合材料体の一主面及び側面に金属層を形成することもできる。
【００３８】
更には、板状の複合材料体の一主面を、有機シートやレジストにより被覆した後、表面を洗浄後、無電解めっき又は電解めっきにより、表面に厚みが０．５〜１５μｍのＮｉ、Ｃｏ、Ｐｄ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｓｎの中から選ばれる１種以上の金属層を形成し、次に、被覆層を除去して、板状の複合材料の一主面及び側面に金属層を形成することもできる。
【００３９】
また、複合材料を板状に外周加工及び切断等して、板厚が０．０５〜０．５ｍｍで、表面粗さ（Ｒａ）が０．０１〜０．２μｍの複合材料体にした後、表面を洗浄後、無電解めっき又は電解めっきにより、表面に厚みが０．５〜１５μｍのＮｉ、Ｃｏ、Ｐｄ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｓｎの中から選ばれる１種以上の金属層を形成する。次に、一主面をラップ盤等で、表面粗さ（Ｒａ）が０．０１〜０．５μｍになるように面加工を行うこともできる。
以下、本発明を実施例によって詳細に説明するが、本発明がかかる実施例によって限定されるものではない。
【実施例】
【００４０】
（実施例１）
〈ＬＥＤ発光素子用複合材料基板の作製〉
炭化珪素（以下、ＳｉＣともいう）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。【００４１】
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％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Φ５２ｍｍ×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。【００４２】
得られたＳｉＣプリフォームに窒化硼素の離型剤を塗布し、外形寸法：７０ｍｍ×７０ｍｍ×１００ｍｍ（内径寸法：Φ５２．５ｍｍ×１００ｍｍ）の筒状の黒鉛治具に挿入して構造体とした。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の形状となる様に構造体４個を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形状の複合材料を得た。得られた複合材料は、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。【００４３】
次に、得られた複合材料から、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２５℃〜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。【００４４】
複合材料を、円筒研削盤でダイヤモンドの砥石を用いて、Φ５０．８ｍｍ×１００ｍｍの円柱形状に外周加工を行った。得られた円柱形状の複合材料を、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の円板状に切断加工を行った。円板状の複合材料を、両面研削盤で＃６００のダイヤモンド砥石を用いて板厚０．１２ｍｍに研削加工した後、ラップ盤でダイヤモンドの砥粒を用いて、板厚０．１ｍｍ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、乾燥して複合材料体を作製した。表面粗さ（Ｒａ）を表面粗さ計で測定した結果、Ｒａ０．０４μｍであった。【００４５】
次に、この複合材料体に対して、無電解Ｎｉ―Ｐ及びＮｉ−Ｂめっきを行い、複合材料の表面に５μｍ厚（Ｎｉ−Ｐ：４μｍ＋Ｎｉ−Ｂ：１μｍ）のめっき層（金属層）を形成し複合材料基板とした。得られた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複合材料体の物性値から、体積比率にて複合則に沿って計算して算出した。結果を表１に示す。また、めっき後の複合材料基板を、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、めっき後の複合材料基板の表面粗さ（Ｒａ）を表面粗さ計で測定した。結果を表２に示す。【００４６】
【表１】
2010092972.tif 000003
【００４７】
【表２】
2010092972.tif 000004
【００４８】
<ＬＥＤ発光素子の作製>
図１の構造図を適宜参照して説明する。
板厚が０．５ｍｍの単結晶サファイア基板１（成長基板）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、次の（１）〜（４）のＧａＮ単結晶２〜５を４μｍの厚さに成長させた。
（１）ｎ型ＧａＮバッファー層    符号２
（２）ｎ型ＧａＮ半導体層        符号３
（３）ＧａＮ活性層（発光層）    符号４
（４）ｐ型ＧａＮ半導体層        符号５【００４９】
次に、ｐ型ＧａＮ半導体層５の表面に、真空蒸着法で、銀／錫合金の合金層６を２μｍの厚さに蒸着した。一方、ＬＥＤ発光素子用複合材料基板８の片側の表面にも、同様の方法で銀／錫合金の合金層７を２μｍの厚さに蒸着した。図１に示すように、両基板を銀／錫合金層６，７が接するように積層し、温度４００℃で、５ＭＰａの加圧下で５分間保持して接合した。得られた接合体は、サファイア基板１側から、窒素ガスレーザーを照射し（出力４０ＭＷ／ｃｍ２）、サファイア基板１を剥離した。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、発生した窒素ガスによりサファイア基板１を剥離することができた。【００５０】
その後、表面に露出したｎ型ＧａＮバッファー層２をエッチングにより除去した後、図２（図１とは上下逆に示されている）に示すように、酸化インジウム錫の透明導電体層９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。【００５１】
（実施例２〜１２，比較例１）
実施例１で作製したΦ５０．８ｍｍ×０．１ｍｍｔの複合材料体（無電解めっき処理前の複合材料）に条件を変えて無電解めっき処理を行い、表面に表４に示す金属層を形成した。得られた複合材料基板の特性値を表３に示す。また、めっき後の複合材料基板を、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、めっき後の複合材料基板を表面粗さ（Ｒａ）を表面粗さ計で測定した。その結果を表４に示す。尚、表４中、比較例１は、金属層を形成していない複合材料体についての試験結果である。【００５２】
【表３】
2010092972.tif 000005
【００５３】
【表４】
2010092972.tif 000006
【００５４】
（実施例１３）
実施例１で作製したΦ５０．８ｍｍ×０．１ｍｍｔの複合材料体について、蒸着法にて表面に１μｍのＡｕ層を形成した。得られた複合材料基板の特性値を表５に示す。また、得られた複合材料基板について、実施例１と同様の評価を行った。結果を表６に示す。【００５５】
【表５】
2010092972.tif 000007
【００５６】
【表６】
2010092972.tif 000008
【００５７】
（実施例１４）
実施例１で作製したΦ５０．８ｍｍ×０．１ｍｍｔの複合材料体２枚を、ワックス系の接着剤にて貼り合わせ、表面を洗浄後に、無電解Ｎｉ−Ｐめっき処理を行い、露出表面に５μｍのＮｉ−Ｐ層を形成した。めっき処理後に、ワックス系の接着剤を除去して、一主面及び側面に金属層を付与した複合材料基板を得た。得られた複合材料基板の特性値を表５に示す。また、得られた複合材料基板について、非めっき面を耐薬品テープで被覆し、実施例１と同様の評価を行った。結果は先の表６に併せて示す。【００５８】
（実施例１５）
実施例１で作製したΦ５０．８ｍｍ×０．１ｍｍｔの複合材料体の一主面をめっきレジストで被覆後、表面を洗浄して無電解Ｎｉ−Ｐめっき処理を行い、表面に５μｍのＮｉ−Ｐ層を形成した。めっき処理後に、めっきレジストをアセトンで除去して、一主面及び側面に金属層を付与した複合材料基板を作製した。得られた複合材料基板の特性値を表５に示す。また、得られた複合材料基板について、非めっき面を耐薬品テープで被覆し、実施例１と同様の評価を行った。結果は先の表６に併せて示す。【００５９】
（実施例１６）
実施例１で作製した複合材料をΦ５０．８ｍｍ×０．２ｍｍｔの形状に加工した後、表面を洗浄して無電解Ｎｉ−Ｐめっき処理を行い、表面に３μｍのＮｉ−Ｐ層を形成した。その後、平面研削盤にてで＃８００のダイヤモンド砥石を用いて、板厚０．１ｍｍに研削加工を行い、一主面及び側面に金属層を付与した複合材料基板を作製した。得られた複合材料の特性値を表５に示す。また、得られた複合材料基板について、非めっき面を耐薬品テープで被覆し、実施例１と同様の評価を行った。結果は先の表６に併せて示す。【００６０】
（実施例１７〜２０、比較例２〜４）
〈ＬＥＤ発光素子用複合材料基板の作製〉
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、Φ６０ｍｍ×５５ｍｍ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％のＳｉＣプリフォームを得た。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砥石を用いて、外形寸法が、Φ５２ｍｍ×５０ｍｍの形状に加工した。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。【００６１】
得られたＳｉＣプリフォームに窒化硼素の離型剤を塗布し、外形寸法７０ｍｍ×７０ｍｍ×５０ｍｍ（内径寸法：Φ５２．５ｍｍ×５０ｍｍ）の筒状の鉄製治具に挿入し構造体とした。次に、７０ｍｍ×７０ｍｍ×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×５０ｍｍの形状となる様に構造体４個を離型板を挟んで積層した。両側にセラミックス繊維含有量が１０体積％、厚み１０ｍｍのセラミックスボードを挟んで、厚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。【００６２】
次に、積層体を電気炉で、表７に示す様々な温度に予備加熱した後、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、表７に示す各圧力で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、離型板及び鉄製治具を剥がした後、機械加工により両端のセラミックス繊維を１０体積％含有するアルミニウム合金層を除去してΦ５２．５ｍｍ×５０ｍｍ形状の複合材料を得た。得られた複合材料は、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。【００６３】
【表７】
2010092972.tif 000009
【００６４】
次に、得られた複合材料より、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、温度２５℃〜１５０℃の熱膨張係数、温度２５℃での熱伝導率、３点曲げ強度、体積固有抵抗を測定した。比較例２は、試験体加工時に形状が保持出来ず、特性評価が出来なかった。【００６５】
得られた複合材料を、円筒研削盤でダイヤモンドの砥石を用いて、Φ５０．８ｍｍ×５０ｍｍの円柱形状に外周加工を行った。次に、円柱形状の複合材料を、内周刃切断機でダイヤモンド製の刃を用い、切断切り込み速度５ｍｍ／ｍｉｎで、板厚０．２５ｍｍの円板状に切断加工を行った。円板状の複合材料を、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、複合材料基板を作製した。【００６６】
次に、この複合材料の表面を洗浄後、無電解Ｎｉ―Ｐ及びＮｉ−Ｂめっきを行い、複合材料の表面に４μｍ厚（Ｎｉ−Ｐ：３μｍ＋Ｎｉ−Ｂ：１μｍ）のめっき層を形成した。得られた複合材料の物性値を表８に示す。また、実施例１と同様の評価を行った結果を表９に示す。【００６７】
【表８】
2010092972.tif 000010
【００６８】
【表９】
2010092972.tif 000011
【００６９】
〈ＬＥＤ発光素子の作製〉
次に、実施例１７のＬＥＤ発光素子用複合材料基板を用いたＬＥＤ発光素子の作製例を、図３を適宜参照しながら、記載する。
板厚が０．５ｍｍの単結晶Ｓｉ基材１１上に、ＣＶＤ法でＳｉＣ層（表面コーティング層）１０を２μｍ形成して成長基板１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、次の（１）〜（３）のＧａＮ単結晶３〜５を４μｍの厚さに成長させた。
（１）ｎ型ＧａＮ半導体層        符号３
（２）ＧａＮ活性層（発光層）    符号４
（３）ｐ型ＧａＮ半導体層        符号５【００７０】
次に、ｐ型ＧａＮ半導体層５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の厚さに蒸着して合金層６を形成した。一方、実施例１７のＬＥＤ発光素子用複合材料基板８の片側の表面にも、同様の方法でＡｕ／錫合金の合金層７を１．５μｍの厚さに蒸着した。両基板をＡｕ／錫合金層６，７が接する様に積層し、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。【００７１】
その後、露出したｎ型ＧａＮ層３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。【００７２】
（実施例２１）
炭化珪素粉末Ａ（平均粒子径：２００μｍ）１８００ｇ、炭化珪素粉末Ｂ（平均粒子径：２０μｍ）９００ｇ、窒化アルミニウム粉末（トクヤマ社製、Ｆグレード、平均粒子径：２μｍ）３００ｇ、及び成形バインダー（メチルセルロース）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。【００７３】
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１５％のプリフォームを得た。得られたプリフォームを、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×１００ｍｍ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、１２５ＭＰａであった。【００７４】
得られたプリフォームを実施例１と同様の方法で処理して（予備加熱温度、含浸圧力は表７参照）、Φ５２ｍｍ×１００ｍｍ形状のＬＥＤ発光素子用複合材料を得た。得られたＬＥＤ発光素子用複合材料より、実施例１と同様に試験体を作製し特性評価を行った。【００７５】
次に、得られたＬＥＤ発光素子用複合材料を、円筒研削盤でダイヤモンドの砥石を用いてΦ５０．８ｍｍ×１００ｍｍの円柱形状に外周加工を行った後、実施例１と同様にして板厚０．１５ｍｍの円板状に加工した。次に、円板状のＬＥＤ発光素子用複合材料を、ラップ盤でダイヤモンドの砥粒を用いて板厚０．１ｍｍでまで研磨加工を行ってＬＥＤ発光素子用複合材料基板を作製した。【００７６】
次に、この複合材料の表面を洗浄後、無電解Ｎｉ―Ｐ及びＮｉ−Ｂめっきを行い、複合材料の表面に４μｍ厚（Ｎｉ−Ｐ：３μｍ＋Ｎｉ−Ｂ：１μｍ）のめっき層を形成した。得られた複合材料の物性値を表８に示す。また、実施例１と同様の評価を行った結果を表９に示す。【００７７】
（実施例２２）
窒化アルミニウム粉末（平均粒子径２μｍ）２８８０ｇ、酸化イットリウム粉末（信越レア・アース社製、ＵＵグレード、平均粒子径１μｍ）１２０ｇ、及び成形バインダー（メチルセルロース）１５０ｇ、純水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。【００７８】
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、窒素雰囲気下、温度１７８０℃で４時間焼成して、気孔率が２２％のプリフォームを得た。得られたプリフォームは、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、Φ５２ｍｍ×１００ｍｍの形状に加工した。得られたプリフォームより、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。３点曲げ強度は９０ＭＰａであった。【００７９】
次に、得られたプリフォームを、アルミニウム合金の代わりに純アルミニウムを使用した以外は、実施例１と同様の方法で処理して（予備加熱温度、含浸圧力は表７参照）、Φ５２ｍｍ×１００ｍｍ形状のＬＥＤ発光素子用複合材料を得た。得られたＬＥＤ発光素子用複合材料より、実施例１と同様に試験体を作製し特性評価を行った。【００８０】
次に、ＬＥＤ発光素子用複合材料を、円筒研削盤でダイヤモンドの砥石を用いてΦ５０．８ｍｍ×１００ｍｍの円柱形状に外周加工を行った後、実施例１と同様にして板厚０．１５ｍｍに加工した。得られた円板状のＬＥＤ発光素子用複合材料は、ラップ盤でダイヤモンドの砥粒を用いて板厚０．１ｍｍまで研磨加工を行ってＬＥＤ発光素子用複合材料基板を作製した。【００８１】
次に、この複合材料の表面を洗浄後、無電解Ｎｉ―Ｐ及びＮｉ−Ｂめっきを行い、複合材料の表面に４μｍ厚（Ｎｉ−Ｐ：３μｍ＋Ｎｉ−Ｂ：１μｍ）のめっき層を形成した。得られた複合材料の物性値を表８に示す。また、実施例１と同様の評価を行った結果を表９に示す。【００８２】
（実施例２３）
窒化珪素粉末（電気化学工業社製、ＮＰ−２００、平均粒子径：１μｍ）２７９０ｇ、酸化イットリウム粉末（平均粒子径：１μｍ）１５０ｇ、酸化マグネシウム粉末（岩谷化学社製、ＭＪ−３０、平均粒子径：１μｍ）６０ｇを秤取し、攪拌混合機で３０分間混合した後、Φ５５ｍｍ×１０ｍｍの寸法の円板状に面圧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。【００８３】
得られた成形体を、０．９ＭＰａの窒素加圧雰囲気下、温度１８８０℃で４時間焼成して、気孔率が１３％のプリフォームを得た。得られたプリフォームは、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、Φ５２ｍｍ×５ｍｍの形状に加工した。得られたプリフォームより、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、１５０ＭＰａであった。【００８４】
次に、得られたプリフォームを実施例１と同様の方法で処理して（予備加熱温度、含浸圧力は表７参照）、Φ５２ｍｍ×１０ｍｍ形状のＬＥＤ発光素子用複合材料を得た。得られたＬＥＤ発光素子用複合材料より、実施例１と同様に試験体を作製し特性評価を行った。【００８５】
得られたＬＥＤ発光素子用複合材料を、ウォータージェット加工機でΦ５０．８ｍｍ×５ｍｍの円板形状に外周加工を行った。次に、平面研削盤で＃２３０のダイヤモンド砥石を用いて板厚０．２２ｍｍの円板形状に研削加工後、＃８００のダイヤモンド砥石を用いて板厚０．２ｍｍまで研削加工を行ってＬＥＤ発光素子用複合材料基板を作製した。【００８６】
次に、この複合材料の表面を洗浄後、無電解Ｎｉ―Ｐ及びＮｉ−Ｂめっきを行い、複合材料の表面に４μｍ厚（Ｎｉ−Ｐ：３μｍ＋Ｎｉ−Ｂ：１μｍ）のめっき層を形成した。得られた複合材料の物性値を表８に示す。また、実施例１と同様の評価を行った結果を表９に示す。【００８７】
（実施例２４）
ダイヤモンド粉末Ａ（Ｄｉａｍｏｎｄ  Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎｓ社製、ＭＢＧ−６００、平均粒子径：１２０μｍ）７ｇとダイヤモンド粉末Ｂ（Ｄｉａｍｏｎｄ  Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎｓ社製、ＭＢＧ−６００、平均粒子径：１５μｍ）３ｇを、アルミナ製の乳鉢で１０分間混合した後、外形寸法７０ｍｍ×７０ｍｍ×２０ｍｍ（内径寸法Φ５２．５ｍｍ×２０ｍｍ）の筒状の黒鉛治具（１）に、外形寸法Φ５２．４ｍｍ×９ｍｍの黒鉛治具（２）を挿入した後、ダイヤモンドの混合粉末１０ｇを充填し、更に、ダイヤモンドの混合粉末の上面に黒鉛治具（２）を挿入して構造体とした。次に、７０ｍｍ×７０ｍｍ×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、この構造体を、離型板を挟んで積層し、上下に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。【００８８】
次に、この積層体を実施例１と同様の方法で処理して（予備加熱温度、含浸圧力は表７参照）、７０ｍｍ×７０ｍｍ×２０ｍｍの形状で周囲が黒鉛治具に囲まれたＬＥＤ発光素子用複合材料を得た。得られたＬＥＤ発光素子用複合材料は、黒鉛治具に囲まれた構造となっており、アルミニウム−ダイヤモンドからなる複合材料が露出するまで、両主面側（７０ｍｍ×７０ｍｍ）より、平面研削盤でダイヤモンド砥石を用いて研削加工を行い、７０ｍｍ×７０ｍｍ×２ｍｍｔの板状形状に加工した。次に、ウォータージェット加工機で、Φ５０．８ｍｍ×２ｍｍの円板形状に外周加工を行った。【００８９】
次に、得られたＬＥＤ発光素子用複合材料より、研削加工により熱膨張係数測定用試験体（２ｍｍ×３ｍｍ×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（２ｍｍ×４ｍｍ×４０ｍｍ）、体積固有抵抗測定用試験体（３５ｍｍ×３５ｍｍ×２ｍｍ）を作製した。それぞれの試験体を用いて、実施例１と同様にして評価を行った。【００９０】
得られたＬＥＤ発光素子用複合材料を、平面研削盤で＃２３０のダイヤモンド砥石を用いて板厚０．１６ｍｍの円板形状に研削加工後、＃４００のダイヤモンド砥石を用いて板厚０．１５ｍｍでまで研削加工を行ってＬＥＤ発光素子用複合材料基板を作製した。【００９１】
次に、この複合材料の表面を洗浄後、無電解Ｎｉ―Ｐ及びＮｉ−Ｂめっきを行い、複合材料の表面に４μｍ厚（Ｎｉ−Ｐ：３μｍ＋Ｎｉ−Ｂ：１μｍ）のめっき層を形成した。得られた複合材料の物性値を表８に示す。また、実施例１と同様の評価を行った結果を表９に示す。【００９２】
（実施例２５）
１００ｍｍ×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、形状１００ｍｍ×１００ｍｍ×１００ｍｍの等方性黒鉛成形体（東海カーボン社製Ｇ４５８／気孔率：１３体積％）を、離型板を挟んで両側に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、この積層体を実施例１と同様の方法で処理して（予備加熱温度、含浸圧力は表７参照）、１００ｍｍ×１００ｍｍ×１００ｍｍの形状の複合材料を得た。得られた複合材料より、実施例１と同様に試験体を作製し特性評価を行った。【００９３】
得られたＬＥＤ発光素子用複合材料は、ダイヤモンドソーで切断加工後、円筒研削盤でダイヤモンドの砥石を用いて、Φ５０．８ｍｍ×１００ｍｍの円柱形状に外周加工を行った。得られたＬＥＤ発光素子用円柱形状の複合材料を、マルチワイヤーソーでダイヤモンド砥粒を用いて、切断切り込み速度０．５ｍｍ／ｍｉｎで板厚０．４ｍｍの円板状に切断加工した。得られたＬＥＤ発光素子用円板状の複合材料を、両面研削盤で＃６００のダイヤモンド砥石を用いて板厚０．３ｍｍに研削加工を行ってＬＥＤ発光素子用複合材料基板とした。【００９４】
次に、この複合材料の表面を洗浄後、無電解Ｎｉ―Ｐ及びＮｉ−Ｂめっきを行い、複合材料の表面に４μｍ厚（Ｎｉ−Ｐ：３μｍ＋Ｎｉ−Ｂ：１μｍ）のめっき層を形成した。得られた複合材料の物性値を表８に示す。また、実施例１と同様の評価を行った結果を表９に示す。
【符号の説明】
【００９５】
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    合金層（反射層）
７    合金層
８    複合材料基板
９    透明導電層
１０  表面コーティング層
１１  基材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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