(57)【要約】  異なる材料からなる複数の層を積層してなり、ＩＩＩ−Ｖ族半導体結晶面に金属層を介して接合されるＬＥＤ発光素子保持基板用クラッド材であって、線膨張係数が１４×１０−６／Ｋ以下であり、温度２５℃の熱伝導率が２００Ｗ／ｍＫ以上であるクラッド材が開示される。特に、二層の銅層とモリブデン層が交互に積層された三層からなり、モリブデン層の割合が１０〜６０体積％で、二層の銅層の厚み差が５％以下のクラッド材、あるいは三層の銅層とモリブデン層が交互に積層された五層からなり、モリブデン層の割合が２０〜７０体積％で、上下面の二層の銅層及びモリブデン層の厚み差が５％以下であるクラッド材が開示される。
2013038964.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
異なる材料からなる複数の層を積層してなり、ＩＩＩ−Ｖ族半導体結晶面に金属層を介して接合されるＬＥＤ発光素子保持基板用クラッド材であって、線膨張係数が１４×１０−６／Ｋ以下であり、温度２５℃の熱伝導率が２００Ｗ／ｍＫ以上であるクラッド材。
【請求項２】
銅層とモリブデン層とを交互に積層してなる請求項１に記載のＬＥＤ発光素子保持基板用クラッド材。
【請求項３】
二層の銅層とモリブデン層が交互に積層された三層からなり、モリブデン層の占める割合が１０〜６０体積％であり、二層の銅層の厚み差が５％以下である請求項１又は２に記載のＬＥＤ発光素子保持基板用クラッド材。
【請求項４】
三層の銅層とモリブデン層が交互に積層された五層からなり、モリブデン層の占める割合が２０〜７０体積％であり、上下面の二層の銅層及びモリブデン層の厚み差が５％以下である請求項１又は２に記載のＬＥＤ発光素子保持基板用クラッド材。
【請求項５】
板厚が０．０５ｍｍ〜０．２ｍｍで、表面粗さ（Ｒａ）が０．０１〜０．５μｍである請求項１から４の何れか一項に記載のＬＥＤ発光素子保持基板用クラッド材。
【請求項６】
表面に厚み０．５〜５μｍのＮｉめっき層、又はＮｉめっき層＋Ａｕめっき層が形成されてなる請求項１から５の何れか一項に記載のＬＥＤ発光素子保持基板用クラッド材。
【請求項７】
請求項１から６の何れか一項に記載のＬＥＤ発光素子保持基板用クラッド材の製造方法において、異なる材料からなる複数の層を積層した後に、印加圧力４．９ＭＰａ以上１４．７ＭＰａ以下、及び温度８５０℃以上１０００℃以下で熱間一軸加工法によって積層体を接合する工程を具備するクラッド材の製造方法。
【請求項８】
前記熱間一軸加工法による接合を、窒素雰囲気、アルゴン雰囲気、ヘリウム雰囲気又は真空中で行う請求項７に記載のクラッド材の製造方法。
【請求項９】
（１）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と、
（２）請求項１から６の何れか一項に記載のクラッド材をＩＩＩ−Ｖ族半導体結晶面に金属層を介して接合し、裏面から単結晶成長基板を除去する工程と、
（３）ＩＩＩ−Ｖ族半導体結晶面の表面加工、電極形成を行った後、切断加工する工程と
を具備する方法で製造されるＬＥＤ発光素子。
【請求項１０】
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請求項９に記載のＬＥＤ発光素子。
【請求項１１】
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コーティングされた請求項１０に記載のＬＥＤ発光素子。
【請求項１２】
ＩＩＩ−Ｖ族半導体結晶が、ＧａＮ、ＧａＡｓ、ＧａＰのいずれかである請求項９から１１の何れか一項に記載のＬＥＤ発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＩＩＩ−Ｖ族半導体結晶を含んでなる発光ダイオード（以下ＬＥＤと云う）素子に使用されるクラッド材とその製造方法、並びに該クラッド材を使用して製造される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ＡｌＮ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ＧａＮ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。このため、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】
一方、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。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】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、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発光素子保持基板用クラッド材を提供することを目的とする。
また本発明は上記クラッド材の製造方法及び上記クラッド材を使用して製造されるＬＥＤ発光素子を提供することも目的とする。
【０００８】
即ち、本発明の主たる態様では、異なる材料からなる複数の層を積層してなり、ＩＩＩ−Ｖ族半導体結晶面に金属層を介して接合されるＬＥＤ発光素子保持基板用クラッド材であって、線膨張係数が１４×１０−６／Ｋ以下であり、温度２５℃の熱伝導率が２００Ｗ／ｍＫ以上であるクラッド材が提供される。
ここで、好ましくは、クラッド材は、銅層とモリブデン層とを交互に積層して形成される。一実施態様では、クラッド材は、二層の銅層とモリブデン層が交互に積層された三層からなり、モリブデン層の占める割合が１０〜６０体積％であり、二層の銅層の厚み差が５％以下である。別の実施態様では、クラッド材は、三層の銅層とモリブデン層が交互に積層された五層からなり、モリブデン層の占める割合が２０〜７０体積％であり、上下面の二層の銅層およびモリブデン層の厚み差が５％以下である。
【０００９】
また、本発明のＬＥＤ発光素子保持基板用クラッド材の好適な実施態様では、板厚が０．０５ｍｍ〜０．２ｍｍで、表面粗さ（Ｒａ）が０．０１〜０．５μｍである。また、表面に厚み０．５〜５μｍのＮｉめっき層、又はＮｉめっき層＋Ａｕめっき層を形成しても構わない。
【００１０】
本発明の他の態様では、上述のＬＥＤ発光素子保持基板用クラッド材の製造方法において、異なる材料からなる複数の層を積層した後に、印加圧力４．９ＭＰａ以上１４．７ＭＰａ以下、及び温度８５０℃以上１０００℃以下で熱間一軸加工法によって積層体を接合する工程を具備するクラッド材の製造方法が提供される。ここで、前記熱間一軸加工法による接合は、窒素雰囲気、アルゴン雰囲気、ヘリウム雰囲気又は真空中で行うのが好ましい。
【００１１】
更に、本発明では、
（１）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と、
（２）上述のクラッド材をＩＩＩ−Ｖ族半導体結晶面に金属層を介して接合し、裏面から単結晶成長基板を、例えばレーザー照射、エッチング又は研削のいずれかの方法により除去する工程と、
（３）ＩＩＩ−Ｖ族半導体結晶面の表面加工、電極形成を行った後、切断加工する工程と
を具備する方法で製造されるＬＥＤ発光素子が提供される。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、特に、ＡｌＮ、ＳｉＣ、ＧａＮ、ＧａＡｓからなる群から選ばれる材料で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。
【００１２】
本発明は、異なる材料からなる複数の層を積層してなり、線膨張係数が１４×１０−６／Ｋ以下であり、温度２５℃の熱伝導率が２００Ｗ／ｍＫ以上であるクラッド材を用いたので、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発光素子保持基板用クラッド材は、その好ましい実施態様では、導電性とできるので、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】本発明の一実施形態に係るＬＥＤ発光素子保持基板用クラッド材の概略側断面図である。
【図２】図１のクラッド材を用いて本発明の一実施形態に係るＬＥＤ発光素子を形成している状態を示す図で、単結晶成長基板を除去する前の状態を示す概略側断面図である。
【図３】図２の状態から単結晶成長基板を除去した後のＬＥＤ発光素子を示す概略側断面図である。
【図４】本発明の他の実施形態に係るＬＥＤ発光素子を示す概略断面図である。
【図５】本発明の他の実施形態に係るＬＥＤ発光素子保持基板用クラッド材の概略側断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の一実施形態に係るＬＥＤ発光素子保持基板用クラッド材とその製造方法、並びに該クラッド材を用いて形成するＬＥＤ発光素子について、以下に説明する。
【００１５】
本発明の一実施形態で用いる単結晶成長基板としては、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り、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、本発明の一実施形態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。ＩＩＩ−Ｖ族半導体結晶の選択は、用途毎の最適発光波長に応じて行われる。
【００１７】
本発明の一実施形態では、先ず、円板状又は方形板状等の平板状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。
【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。
【００１９】
本発明の一実施形態では、エピタキシャル成長させたＩＩＩ−Ｖ族半導体結晶にクラッド材を接合させるが、そのために、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から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。
【００２０】
本発明の一実施形態に係るクラッド材は、異なる材料からなる複数の層を積層してなり、好ましくは銅層とモリブデン層とを交互に積層して形成される。ＩＩＩ−Ｖ族半導体結晶に接合するため、該クラッド材にも、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、銀又はこれらの合金から形成するのが好ましい。クラッド材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、クラッド材の３点曲げ強度が５０ＭＰａ以上でなければならない。（２）の条件を満たすには、クラッド材の表面粗さ（Ｒａ）が０．５μｍ以下であり、好ましくは０．０１〜０．５μｍ、更に好ましくは０．０１〜０．２μｍでなければならない。
【００２１】
ＩＩＩ−Ｖ族半導体結晶とクラッド材の接合は、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、一般には２５０℃〜５５０℃である。加圧の圧力は、２〜２０ＭＰａが一般的である。
【００２２】
クラッド材は、ＩＩＩ−Ｖ族半導体結晶と接合して用いられるため、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、クラッド材の線熱膨張係数が１４×１０−６／Ｋ以下であることが必要であり、好ましくは、５〜８×１０−６／Ｋである。クラッド材の線熱膨張係数が１４×１０−６／Ｋ以上の場合、接合するＩＩＩ−Ｖ族半導体結晶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。また、クラッド材の線熱膨張係数の下限値は、例えば銅とモリブデンの層からクラッド材を形成した場合は、モリブデンの線熱膨張係数が５×１０−６／Ｋであるため、それ以下にはならない。
【００２３】
本発明のクラッド材の線膨張係数は、第一の材料からなる層の総膜厚と、第二の材料からなる層の総膜厚が同じであっても、その総数や、各層の膜厚によって変わる。これは各層が熱膨張するに際して、その上又は下に隣接して存在する他層の影響を受けるためである。すなわち、より大きな線膨張係数を持つ第一の材料からなる層が熱膨張するに際しては、これよりも熱膨張が小さく、その上又は下に隣接して存在する第二の材料からなる層の影響を受けるため、その熱膨張が抑制される方向に応力が発生する。その結果、クラッド材全体としての線膨張係数を小さくすることができる。
【００２４】
本発明のクラッド材は、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、クラッド材の温度２５℃での熱伝導率は、２００Ｗ／ｍＫ以上である。熱伝導率が２００Ｗ／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、例えば銅とモリブデンの層からクラッド材を形成した場合は、銅の熱伝導率が３９０Ｗ／ｍＫであり、それ以上にはならない。
【００２５】
本発明のクラッド材の熱伝導率は、第一の材料からなる層の総膜厚と、第二の材料からなる層の総膜厚で決まる。すなわち、これらの総膜厚が同じであれば、総数あるいはその構成によらずに同じ熱伝導率となる。これは、各層における熱伝導は独立に生じ、他層の熱伝導に影響を与えることは無い為である。
【００２６】
放熱性の面から、クラッド材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。よって、クラッド材の板厚は、０．０５ｍｍ〜０．２ｍｍが好ましい。クラッド材の板厚が０．２ｍｍ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。更に、本発明のクラッド材は、ＩＩＩ−Ｖ族半導体結晶と接合した後、研磨等により薄板化することもできるが、特性が変化してしまうため、好ましくない。
【００２７】
本発明では、ＩＩＩ−Ｖ族半導体結晶とクラッド材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、エッチングを行って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よって所定形状に切断して、ＬＥＤ発光素子を製造する。
【００２８】
本発明の好ましい実施形態に係るクラッド材は、銅層とモリブデン層とを交互に積層して形成され、クラッド材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。本発明の一実施形態に係るクラッド材の体積固有抵抗は、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。
【００２９】
以下、クラッド材を製造する方法について説明する。クラッド材は、第一の材料からなる層又は第二の材料からなる層を、印加圧力４．９ＭＰａ以上１４．７ＭＰａ以下、及び温度８５０℃以上１０００℃以下で熱間一軸加工法によって接合することによって製造される。
【００３０】
この製造方法によれば、所定の膜厚にされた第一の材料からなる層又は第二の材料からなる層を、高温で一方向（膜厚方向）に圧力を印加することにより積層する、いわゆるホットプレス法で形成する。このとき、雰囲気としては、特に銅を第一の材料として用いた場合には、銅は非常に酸化しやすい材料であるため、酸素が無い状態が好ましい。そのため、窒素雰囲気、アルゴン雰囲気、ヘリウム雰囲気、又は真空中で以上の工程を行うことが好ましい。
【００３１】
各層の表面にはその積層を容易にするためにめっき層を形成しておくことも可能であるが、めっき層は、熱伝導率を低下させる原因となるため、形成しないことが好ましい。ただし、このクラッド材を放熱基板として用いた場合において、この最上層と最下層に他の物質をろう付けやはんだ付けで接合する場合には、最上層と最下層となる層には予めめっき層を形成しておくことにより、この接合を容易に行うことができるため、好ましい。
【００３２】
熱間一軸加工法による接合時の温度は、８５０℃以上、１０００℃以下である。８５０℃よりも低い場合には、接合が不良となり、剥離を生じる。１０００℃よりも高い場合には、第一の材料として銅を用いた場合、銅が溶融してしまう。
熱間一軸加工法による接合時の印加圧力は、４．９ＭＰａ以上１９．７ＭＰａ以下である。４．９ＭＰａよりも小さい場合には、接合が不良となり、剥離が生じる。１９．７ＭＰａよりも大きい場合には、特に第一の材料として銅を用いた場合、軟化した銅が加圧時に大きく伸びるため、所定の膜厚構成とすることが困難である。また、接合後のクラッド材の離型性のため、プレスジグにはＢＮ粉等の離型剤を塗布する必要がある。
【００３３】
また、クラッド材における最上層と最下層は、これに隣接する層は片側にしか存在しないため、線膨張係数を小さくするとういう観点からは、これらの層には第二の材料を用いることが好ましいが、これらの層は、直接ろう付けやめっきをされる層であるため、これらをより容易に行うことができる材料として、第一の材料となる銅を用いるのがより好ましい。
【００３４】
第二の材料からなる層は、第一の材料からなる層よりも小さな熱伝導率を持つため、第二の材料からなる層の総膜厚が大きくなると、このクラッド材の熱伝導率は小さくなる。そのため、線膨張係数が大きくならない限りにおいては、第二の材料からなる層の総膜厚を小さくすることが好ましい。
【００３５】
好ましい一実施形態では、本発明のクラッド材は、二層の銅層とモリブデン層を交互に積層させた三層からなり、モリブデン層の占める割合が１０〜６０体積％であることが好ましい。モリブデン層の占める割合が１０体積％未満では、線熱膨張係数が大きくなり好ましくなく、６０体積％を越えると、熱伝導率が低くなり好ましくない。さらに、二層の銅層の厚み差が５％以下であることが好ましい。二層の銅層の厚み差が５％を越えると、反りが発生してしまうため好ましくない。
【００３６】
また、他の好ましい実施形態では、本発明のクラッド材は、三層の銅層と二層のモリブデン層を交互に積層させた五層からなり、モリブデン層の占める割合が２０〜７０体積％であることが好ましい。モリブデン層の占める割合が２０体積％未満では、線熱膨張係数が大きくなり好ましくなく、７０体積％を越えると、熱伝導率が低くなり好ましくない。さらに、上下面の銅層の厚み差及びモリブデン層の厚み差が５％以下であることが好ましい。上下面の銅層の厚み差及びモリブデンの厚み差が５％を越えると、反りが発生してしまうため好ましくない。
【００３７】
また、得られたクラッド材は、表層に離型剤が残存しており、サンドペーパーでの除去や、僅かにＨＮＯ３を用いてエッチングする必要がある。
【００３８】
本発明のクラッド材の特性は、上述したように第一の材料からなる層及び第二の材料からなる層の厚みによって変化する為、ホットプレス後に面加工を行うことができない。そこで、各層の総厚みの合計が０．０５〜０．２ｍｍになるように、各層の厚みを選定する必要がある。
【００３９】
次に、得られたクラッド材の加工方法の例を説明する。得られたクラッド材の機械加工は容易であり、例えば、プレス打ち抜き法を使用することが可能である。ウォータージェット加工機、放電加工機、レーザー加工機、ダイシングマシン等での加工も可能である。所定の寸法に外形加工した後、洗浄処理を行う。
【００４０】
さらに、表面に厚み０．５〜５μｍのＮｉめっき層、又はＮｉめっき層＋Ａｕめっき層を形成する。めっき処理には無電解めっき法又は電気めっき法が用いられる。めっき層厚みが０．５μｍ未満では、ピンホールが発生し、耐薬品性が低下して好ましくない。一方めっき層厚みが５．０μｍを越えると、熱伝導特性の低下や、電気抵抗の増加等が生じ、好ましくない。
【実施例】
【００４１】
（実施例１）
＜ＬＥＤ発光素子保持基板用クラッド材の作製＞
直径２００ｍｍ、厚み９０μｍの銅板（純度９９．９％）（図１中、８１）と直径２００ｍｍ、厚み２０μｍのモリブデン板（純度９９．９％）（図１中、８２）を準備した。二層の銅板とモリブデン板を交互に積層し、ＢＮ離型剤を塗布した直径２００ｍｍの黒鉛板に挟み込んで積層体とした。【００４２】
得られた積層体をホットプレス機にセットし、真空雰囲気中、温度９５０℃で１時間、印加圧力９．８ＭＰａでホットプレスを行った。室温まで冷却し、取り出した後、ＢＮ離型剤をサンドペーパーで除去して、直径２００ｍｍ×０．２ｍｍ、表面粗さ（Ｒａ）０．１μｍのクラッド材（図１中、８）を得た。【００４３】
得られたクラッド材から、線熱膨張係数測定用試験体（３ｍｍ×１０ｍｍ）、熱伝導率測定用試験体（２５ｍｍ×２５ｍｍ）、体積固有抵抗測定用試験体（５０ｍｍ×５０ｍｍ）を作製した。それぞれの試験体を用いて、温度２５℃〜１５０℃の線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、体積固有抵抗を４端子法（ＪＩＳ  Ｒ１６３７に準拠）でそれぞれ測定した。その結果、温度２５℃〜１５０℃の線熱膨張係数は１２．７×１０−６／Ｋ、温度２５℃での熱伝導率は２６５Ｗ／ｍＫ、体積固有抵抗は５×１０−８Ω・ｍであった。【００４４】
上記クラッド材を、プレス打ち抜き法を用いて、外形φ５０．８ｍｍに加工を行い、純水中と、次にイソプロピルアルコール中で超音波洗浄を行い、乾燥させた。この加工クラッド材に、無電解Ｎｉ−Ｐ及び電気Ａｕ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、めっきしたクラッド材を作製した。【００４５】
＜ＬＥＤ発光素子の作製＞
板厚が０．５ｍｍの単結晶サファイア基板（図２中、１）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単結晶を４μｍの厚さに成長させた。図２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【００４６】
次に、ｐ型ＧａＮ半導体層の表面に、真空蒸着法で、銀／錫合金（図２中、金属層６）を２μｍの厚さに蒸着した。一方、ＬＥＤ発光素子保持基板用クラッド材８の片側の表面にも、同様の方法で銀／錫合金（図２中、金属層７）を２μｍの厚さに蒸着した。両基板を銀／錫合金層が接する図２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１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１を剥離することができた。【００４７】
その後、表面に露出したｎ型ＧａＮバッファー層（図２中、２）をエッチングにより除去した後、図３に示されるように、酸化インジウム錫の透明導電体層（図３中、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。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抑えられることを確認した。【００４８】
（実施例２〜６）
＜ＬＥＤ発光素子保持基板用クラッド材の作製＞
直径２００ｍｍ、表１に示す厚みの銅板（純度９９．９％）（図１中、８１）と直径２００ｍｍ、表１に示す厚みのモリブデン板（純度９９．９％）（図１中、８２）を準備した。二層の銅板とモリブデン板を交互に積層し、ＢＮ離型剤を塗布した直径２００ｍｍの黒鉛板に挟み込んで積層体とした。【００４９】
得られた積層体をホットプレス機にセットし、真空雰囲気中、温度９００℃で１時間、印加圧力１１．８ＭＰａでホットプレスを行った。室温まで冷却し、取り出した後、ＢＮ離型剤をサンドペーパーで除去して、直径２００ｍｍ、表１に示す厚み、表面粗さ（Ｒａ）のクラッド材（図１中、８）を得た。
得られたクラッド材から、線熱膨張係数測定用試験体（３ｍｍ×１０ｍｍ）、熱伝導率測定用試験体（２５ｍｍ×２５ｍｍ）、体積固有抵抗測定用試験体（５０ｍｍ×５０ｍｍ）を作製した。それぞれの試験体を用いて、温度２５℃〜１５０℃の線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、体積固有抵抗を４端子法（ＪＩＳ  Ｒ１６３７に準拠）でそれぞれ測定した。得られた温度２５℃〜１５０℃の線熱膨張係数、温度２５℃での熱伝導率、体積固有抵抗を表１に示す。
【表１】
2013038964.tif 000003
【００５０】
＜ＬＥＤ発光素子の作製＞
次に、実施例２〜６のＬＥＤ発光素子保持基板用クラッド材を用いた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（図４中、１１）上に、ＣＶＤ法でＳｉＣ層（図４中、１０）を２μｍ形成して成長基板（図４中、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、（１）〜（３）のＧａＮ単結晶を４μｍの厚さに成長させた。
（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【００５１】
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発光素子保持基板用クラッド材の片側の表面にも、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（図４中、７）が接する図４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。【００５２】
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抑えられることを確認した。【００５３】
（実施例７）
＜ＬＥＤ発光素子保持基板用クラッド材の作製＞
直径２００ｍｍ、厚み０．０２ｍｍの銅板（純度９９．９％）と直径２００ｍｍ、厚み０．０２ｍｍのモリブデン板（純度９９．９％）を準備した。三層の銅板（図５中、８１）と二層のモリブデン板（図５中、８２）を交互に積層し、ＢＮ離型剤を塗布した直径２００ｍｍの黒鉛板に挟み込んで積層体とした。【００５４】
得られた積層体をホットプレス機にセットし、真空雰囲気中、温度１０００℃で１時間、印加圧力１４．７ＭＰａでホットプレスを行った。室温まで冷却し、取り出した後、ＢＮ離型剤をサンドペーパーで除去して、直径２００ｍｍ×０．１ｍｍ、表面粗さ（Ｒａ）０．０８μｍのクラッド材を得た。
得られたクラッド材から、線熱膨張係数測定用試験体（３ｍｍ×１０ｍｍ）、熱伝導率測定用試験体（２５ｍｍ×２５ｍｍ）、体積固有抵抗測定用試験体（５０ｍｍ×５０ｍｍ）を作製した。それぞれの試験体を用いて、温度２５℃〜１５０℃の線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、体積固有抵抗を４端子法（ＪＩＳ  Ｒ１６３７に準拠）で測定した。得られた温度２５℃〜１５０℃の線熱膨張係数、温度２５℃での熱伝導率、体積固有抵抗を前述の表１に併せて示す。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明のＬＥＤ発光素子保持基板用クラッド材は、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できる。更に、本発明のＬＥＤ発光素子保持基板用クラッド材は、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たものでかつ導電性にすることもでき、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、ＬＥＤ発光素子用の保持基板として有効である。
【符号の説明】
【００５６】
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発光素子保持基板用クラッド材
８１    銅板
８２    モリブデン板
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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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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