(57)【要約】【課題】半導体装置等に有用な高熱伝導率のヒートシンク及びその製造方法を提供すること。【解決手段】発光ダイオードをダイヤモンド−金属系ヒートシンク／ｐ型電極／ＡｌＮ−ＧａＮ系半導体層／ｎ型電極からなる積層構造とし、前記ヒートシンクを、粒子表面にIVａ族元素から選ばれた一種以上からなる金属Ａの炭化物を主成分とする反応層が形成されたダイヤモンド粒子が、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｌ、Ｍｇより選ばれた一種以上からなる金属Ｂ中に分散した組織とする。ダイヤモンドはヒートシンク全体の３５〜８０ｖｏｌ％を占めるようにし、ダイヤモンドの平均粒径を１０μｍ以上、６０μｍ未満とする。これにより、ヒートシンクの室温での熱伝導率が３００Ｗ／ｍＫ以上とすることができる。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
ダイヤモンド−金属系ヒートシンク／ｐ型電極／ＡｌＮ−ＧａＮ系半導体層／ｎ型電極からなる積層構造を持つ発光ダイオードであって、該ヒートシンクは、粒子表面にIVａ族元素から選ばれた一種以上からなる金属Ａの炭化物を主成分とする反応層が形成されたダイヤモンド粒子が、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｌ、Ｍｇより選ばれた一種以上からなる金属Ｂ中に分散した組織を持ち、ダイヤモンドがヒートシンク全体の３５〜８０ｖｏｌ％を占め、室温での熱伝導率が３００Ｗ／ｍＫ以上であることを特徴とする高放熱性能を持つ発光ダイオード。
【請求項２】
前記ダイヤモンド粒子の平均粒径が１０μｍ以上、６０μｍ未満であることを特徴とする請求項１記載の高放熱性能を持つ発光ダイオード。
【請求項３】
前記ダイヤモンド−金属系ヒートシンクの相対密度が９０％以上であることを特徴とする請求項１又は２記載の高放熱性能を持つ発光ダイオード。
【請求項４】
前記反応層の厚みが平均で０．０１μｍ〜１．０μｍ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高放熱性能を持つ発光ダイオード
【請求項５】
前記金属ＢがＡｇ、Ｃｕから選ばれた一種以上の金属からなることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載のヒートシンク。
【請求項６】
前記ダイヤモンド−金属系ヒートシンクの室温〜２００℃の範囲での平均熱膨張係数が４〜１２×１０-6／Ｋであることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の高放熱性能を持つ発光ダイオード
【請求項７】
前記ｐ型電極が高い紫外線反射率を有する材料からなることを特徴とする請求項１〜６記載の高放熱性能を持つ発光ダイオード。
【請求項８】
ＡＩＮ−ＧａＮ系半導体層がインジウム（Ｉｎ）を含むことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の高放熱性能を持つ発光ダイオード
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＡｌＮ−ＧａＮ系半導体を用いた紫外線を発光する発光ダイオードに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体発光デバイスには、短波長を発光する半導体材料・素子が要求されている。特に、バンドギャップが大きい、すなわち大凡の波長が４００ｎｍ以下の紫外線を発光する素子は、光触媒の光源として使用できること及び殺菌機能を付与できることから期待されている。
【０００３】
紫外線を発光する半導体材料としてはＧａＮやＡｌＮ、ＺｎＯ、またはダイヤモンドなどが知られている。これらの材料のバンドギャップとそれに対応する発光波長は、ＧａＮが３．３９ｅV、３６６ｎｍ、ＡｌＮが６．２ｅV、２００ｎｍ、ＺｎＯが３．３５ｅV、３７０ｎｍ、ダイヤモンドが５．４７ｅV、２２７ｎｍであり、Ａｌ−Ｇａ−Ｎ三元系半導体では、３．３ｅＶ〜６．２ｅＶ、２００〜３６６ｎｍまで可変の値を取る。近年は、これら半導体の発光ダイオードやレーザーダイオードへの応用研究、さらには、受光素子（フォトダイオード）への応用研究が盛んに行われている。
【０００４】
紫外線発光素子として現在最も有望視されているのがＡｌＮ−ＧａＮ系混晶であるＡｌＧａＮである。この材料は高効率で紫外線を発光できることから、紫外線を赤色、緑色、青色に変換できる蛍光材と組み合わせて白色を出す発光ダイオードとすることができる。
【０００５】
高輝度発光のためには、半導体に流れる電流密度をより高くする必要があるが、その場合には大容量の熱が発生し、半導体の温度上昇を招き、結果として発光効率・発光輝度が低下してしまう。大電流密度で素子を駆動するためには、半導体素子に発生した熱を速やかに放熱させるための構造が必須となる。
【０００６】
また、一般的な紫外線発光素子は、基板としてサファイアやＧａＮを用い、その表面にバッファー層であるＧａＮ層を形成し、さらにＡｌＮ−ＧａＮ系発光層を形成しているが、発光層のバンドギャップはＧａＮのバンドギャップよりも大きいので、放射された紫外線がＧａＮバッファー層、あるいはＧａＮ基板、さらにはサファイア基板によっても吸収されてしまい、発光強度が低下するという課題もある。
【０００７】
上記課題に対し、ヒートシンク材料を半導体素子に接着させる構造が考えられており、例えば、発光ダイオードを次に示すような製造方法を用いて製造することにより高輝度発光を得ることが提案されている（非特許文献１参照）。この方法を工程順に図１に基づいて説明する。
【０００８】
▲１▼サファイア基板にＧａＮ層を形成し、さらにその表面にＡｌＧａＮ系の発光層を形成する（図１(ａ)参照）。
▲２▼前記発光層の表面に、紫外線に対して極めて反射率の高いｐ型電極を形成する（図１(ｂ)参照）。
▲３▼該ｐ型電極にＣｕＷヒートシンク材を接合する（図１(ｃ)参照）。
▲４▼サファイア基板とＧａＮ層を機械研磨で除去する（図１（ｄ）参照）。
▲５▼除去により現れたＡｌＧａＮ層表面にｎ型電極を形成する（図１(ｅ)参照）。
【０００９】
このようにして作製された発光ダイオードにおいては、基板やバッファー層での吸収が無く、かつ、発光層から放射された紫外線は反射率の高いｐ型電極で反射されるために高輝度発光が可能になると共に、高電流密度で駆動させても、発生した熱を熱伝導率の高いＣｕＷヒートシンク材を通して放熱できるという特長がある。
【００１０】
しかしながら、この発光ダイオードをさらに高い電流密度で駆動させようとした場合や、ＬＥＤチップを多数個並べて高光出力のＬＥＤランプ等に応用しようとする場合には、ＣｕＷヒートシンクでは放熱性が不足し、発光効率・輝度が低下してしまうという重大な課題がある。
【００１１】
これを解決するには、より熱伝導率が高いヒートシンク材を使用することが不可欠である。熱伝導率の高いヒートシンク材の第一はダイヤモンドであり、１０００〜２０００Ｗ／ｍＫの高熱伝導率を持つことが知られている。しかし、ダイヤモンドの熱膨張係数（室温〜２００℃程度までの温度範囲での熱膨張係数）は２．３×１０-6／Ｋであるため、ＡｌＧａＮ系材との熱膨張係数の不整合が大きい。さらには、ダイヤモンドのヤング率は極めて大きいため、熱膨張係数の不整合を原因として発生する熱応力は非常に大きくなる。
【００１２】
具体的には、ＧａＮの熱膨張係数は５．６×１０-6／Ｋ程度であり、ＡｌＮの熱膨張係数は４．５×１０-6／Ｋ程度である。現在用いられているＡｌＧａＮ層はＡ１xＧａ1-xＮの化学式で表した場合、Ｎはせいぜい０．３までと少なく、ＡｌＧａＮの熱膨張係数はほとんどＧａＮに支配される。
【００１３】
このような熱膨張係数の不整合により、半導体素子とダイヤモンドヒートシンクとの接合時や、繰り返し使用時に大きな熱応力が発生し、半導体素子の動作を不安定にするか、若しくは最悪の場合には半導体素子とダイヤモンドヒートシンク材の界面で剥離が生じてしまうという欠点があった。
【００１４】
【非特許文献１】
日経エレクトロニクス、２００２年１０月２１日号、ｐ．２８−２９
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、ＡｌＧａＮ系半導体層と該半導体層と熱膨張係数の整合が良いヒートシンクとからなり、高い熱性能と安定した発光特性を発揮する高輝度の発光ダイオードを提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、発光ダイオードのヒートシンクとして、特定の構造を有するダイヤモンド−金属系ヒートシンクを用いることにより上記課題が解決できることを見出して本発明を完成した。
すなわち、本発明は次の構成を有する。
【００１７】
（１）ダイヤモンド−金属系ヒートシンク／ｐ型電極／ＡｌＮ−ＧａＮ系半導体層／ｎ型電極からなる積層構造を持つ発光ダイオードであって、該ヒートシンクは、粒子表面にIVａ族元素から選ばれた一種以上からなる金属Ａの炭化物を主成分とする反応層が形成されたダイヤモンド粒子が、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｌ、Ｍｇより選ばれた一種以上からなる金属Ｂ中に分散した組織を持ち、ダイヤモンドがヒートシンク全体の３５〜８０ｖｏｌ％を占め、室温での熱伝導率が３００Ｗ／ｍＫ以上であることを特徴とする高放熱性能を持つ発光ダイオード。
（２）前記ダイヤモンド粒子の平均粒径が１０μｍ以上、６０μｍ未満であることを特徴とする上記（１）記載の高放熱性能を持つ発光ダイオード。
（３）前記ダイヤモンド−金属系ヒートシンクの相対密度が９０％以上であることを特徴とする上記（１）又は（２）記載の高放熱性能を持つ発光ダイオード。
【００１８】
（４）前記反応層の厚みが平均で０．０１μｍ〜１．０μｍであることを特徴とする上記（１）〜（３）のいずれかに記載の高放熱性能を持つ発光ダイオード
（５）前記金属ＢがＡｇ、Ｃｕから選ばれた一種以上の金属からなることを特徴とする、上記（１）〜（４）のいずれかに記載のヒートシンク。
（６）前記ダイヤモンド−金属系ヒートシンクの室温〜２００℃の範囲での平均熱膨張係数が４〜１２×１０-6／Ｋであることを特徴とする上記（１）〜（５）のいずれかに記載の高放熱性能を持つ発光ダイオード
（７）前記ｐ型電極が高い紫外線反射率を有する材料からなることを特徴とする上記（１）〜（６）記載の高放熱性能を持つ発光ダイオード。
（８）前記ＡＩＮ−ＧａＮ系半導体層がインジウム（Ｉｎ）を含むことを特徴とする上記（１）〜（７）のいずれかに記載の高放熱性能を持つ発光ダイオード
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明の発光ダイオードにおいて用いられるヒートシンクは、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｌ、Ｍｇより選ばれた一種以上の金属Ｂをマトリックスとし、このマトリックス中にダイヤモンド粒子が分散した構造となっている。ダイヤモンド粒子の表面にはIVａ族元素から選ばれた一種以上の金属Ａからなる炭化物を主成分とする層が反応形成されており、この層を介して金属Ｂとダイヤモンド粒子とが密着した構造となっている。上記の構造により、本発明において用いるヒートシンクは室温での熱伝導率を３００Ｗ／ｍＫ以上とすることができる。
【００２０】
本発明のヒートシンクの相対密度は９０％以上が好ましく、さらに好ましくは９５％以上である。ヒートシンクの相対密度が９０％未満では、ヒートシンクの加工時に、ヒートシンク表面の面粗度が悪くなりｐ型電極との接合性が低下する場合がある。
【００２１】
熱伝導性に優れたヒートシンクを得るには、ダイヤモンド粒子と複合化する金属Ｂに関しても熱伝導率の高いＡｇ、Ｃｕ又はそれらを基とした合金を用いることが好ましい。さらにＡｇとＣｕを合金化することにより、金属Ｂの融点が低下するため、純金属に比べて溶融時の表面張力が低下して濡れ性が改善されるため、後に述べる製造工程においてダイヤモンド粒子間隙に浸透しやすくなり、その結果、気孔の少ない緻密なヒートシンクが製造可能となる。
【００２２】
ダイヤモンドの平均粒径は１０μｍ以上、６０μｍ未満であることが好ましい。６０μｍ以上であるとヒートシンクの加工が困難になってヒートシンクの表面粗度が低下してしまい、ヒートシンクとｐ型電極との接合性が低下する。一方、１０μｍ未満では、ヒートシンク中のダイヤモンドと金属マトリックスとの界面の面積が増大し、結果としてヒートシンクの熱伝導率が低下する。
【００２３】
また、ヒートシンク中のダイヤモンド粒子の比率は、ヒートシンクの熱膨張係数を搭載時の半導体素子の熱膨張係数に合わせるために３５〜８０ｖｏｌ％とすることが望ましい。３５ｖｏｌ％未満の場合は、ヒートシンクの熱膨張係数が１２×１０-6／Ｋを超えてしまい、半導体発光層との熱膨張係数の整合が悪くなる。一方、８０ｖｏｌ％を超えるとヒートシンクを緻密化することができなくなり、結果として熱伝導率が３００Ｗ／ｍＫを下回ってしまう。
【００２４】
また、ダイヤモンド粒子と金属Ｂとの界面が十分に密着していなければ、熱伝導性に優れたヒートシンクは得られない。本発明においては、金属Ｂが溶融し、ダイヤモンド粒子間隙に浸透するのと同時に金属Ａがダイヤモンド粒子表面に金属炭化物を含む反応層を形成することで密着効果が得られる。
この金属炭化物を含む反応層はダイヤモンド粒子と金属の密着性を得るために必要不可欠である反面、それ自体は熱伝導率が低いため、この反応層は界面における熱抵抗として働き界面に形成される炭化物量が多くなるほどヒートシンクの熱伝導率は低下する。
【００２５】
従って、反応層が多量に形成されて反応層が厚くなりすぎるとヒートシンクの熱伝導率が低下してしまう。また、炭化物の形成量が少なく反応層の厚みが薄すぎるとダイヤモンド粒子表面に均一に反応層が形成されず、ダイヤモンドと金属との界面の密着性が低下して界面に気孔が多数発生するためにヒートシンクの熱伝導率は低下する。高熱伝導率のヒートシンクを得るためには、反応層の厚みが０．０１〜１．０μｍの範囲であることが望ましく、０．０５〜０．３μｍの範囲に制御することがさらに望ましい。反応層の厚みは使用するダイヤモンド粒子の粒径と、金属Ｂの添加量によって決定される。
【００２６】
次に本発明の発光ダイオードを製造する方法について述べる。
本発明の発光ダイオードは、例えば次の工程によって製造される。
▲１▼基板上にバッファー層を形成する工程
▲２▼該バッファー層の表面にＡｌＮ−ＧａＮ系発光層を形成する工程
▲３▼該発光層の表面にｐ型電極を形成する工程
▲４▼該ｐ型電極とダイヤモンド−金属系ヒートシンクを接合する工程
▲５▼基板及びバッファー層を除去する工程
▲６▼基板を除去することによって現れたＡｌＮ−ＧａＮ系層表面にｎ型電極を形成する工程
【００２７】
基板としては、サファイア、ＧａＮ、ＡｌＮ−ＧａＮ系混晶、またはＳｉＣを用いることができる。Ｓｉ基板でも良い。これらの内、サファイア以外の基板を用いる場合は、ＡｌＮ−ＧａＮ系発光層との格子定数の整合が良いためにバッファー層を形成しなくてもよい場合もある。
【００２８】
バッファー層としては、サファイア基板を用いる場合には、低温（例えば約６００℃）でコーティングしたＡｌＮまたはＧａＮ膜が好ましい。ＧａＮ基板を用いる場合にはＧａＮでよいが、バッファー層が不要の場合もある。ＳｉＣ基板の場合は、ＧａＮ膜をバッファー層とするか、もしくはバッファー層は不要である。バッファー層を形成しない場合には、上記製造工程における▲２▼の工程は不要となり、また、▲５▼の工程は「基板を除去する工程」となる。
【００２９】
ヒートシンク中のダイヤモンド粒子表面に形成される金属Ａの炭化物の厚みは０．０１〜１．０μｍであることが好ましい。０．１μｍ未満では、ダイヤモンドと金属Ｂ間の界面での密着が十分でなく熱伝導率が低下する。また、１．０μｍを超えると、界面の密着は十分になるが、金属Ａの炭化物の熱伝導率が低いために、界面での熱伝達機能が低下して熱伝導率が低下する。
【００３０】
ヒートシンクは、例えば次の工程によって製造することができる。
（１）工程１：ダイヤモンド粒子と、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｌ、Ｍｇより選ばれた一種以上からなる金属Ｂの粉末と、IVａ族元素から選ばれた一種以上からなる金属Ａの粉末との混合粉末、又は、ダイヤモンド粒子と該金属Ａと該金属Ｂの合金粉末との混合粉末を得る工程
（２）工程２：該混合粉末を加圧成形する工程
（３）工程３：工程２で製造した混合粉末成形体の上に、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｌ、Ｍｇより選ばれた一種以上からなる金属Ｂの成形体を配置する工程
ここで、金属Ｂの成形体としては金属の粉末成形体、金属の板材或いは塊材等が使用できる。
（４）工程４：非酸化雰囲気下において、混合粉末成形体と金属Ｂの成形体とを接触した状態に保ちながら金属材料の融点以上に加熱してダイヤモンド粒子表面に金属Ａの炭化物を形成するとともに、ダイヤモンド粒子間隙に溶融した金属Ｂを無負荷で溶浸し緻密体とする工程
【００３１】
このような工程を経て作製した発光ダイオードにおいては、放射された紫外線の基板での吸収が無く、かつ紫外線は反射率の高いｐ型電極で反射されるために高輝度発光が可能になると共に、高電流密度で駆動させても、熱伝導率の高いダイヤモンド−金属系ヒートシンク材を通して放熱できるために、より高輝度の発光を長時間持続しても発光ダイオードの性能が劣化しないという特長がある。また、発光層とダイヤモンド−金属系ヒートシンクとの熱膨張係数の差が小さく、かつダイヤモンド−金属系ヒートシンクのヤング率がダイヤモンドに比べて十分小さいために、高電流密度での発光と消光を繰り返しても、発光層の剥離等が起こらず長寿命となる。
また、ＡｌＮ−ＧａＮ系発光層の活性層をＩｎを添加することにより、より高い発光輝度が得られるのは従来の発光ダイオードと同じである。
【００３２】
【実施例】
以下に本発明の実施例を示すが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００３３】
［実施例１］
基板として３０×３０×０．３ｍｍ厚のサファイアを用いた。
この基板を洗浄した後、バッファー層としてＡｌＮを５０ｎｍ形成した。次いで、Ｓｉをドープしたｎ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ層（クラッド層）を０．８μｍ、ＧａＮ層（活性層）を０．５μｍ、Ｍｇをドープしたｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ層（クラッド層）を０．５μｍ形成した後、さらにｐ型電極を０．２μｍ形成した。
これをｌ×１ｍｍサイズに加工してＬＥＤ用チップとした。
【００３４】
次に、以下の三種類のヒートシンクを用意した。
▲１▼ダイヤモンド−金属系ヒートシンク
▲２▼ＣｕＷヒートシンク：熱伝導率１８０Ｗ/ｍＫ、熱膨張率６．３×１０-6/Ｋ
▲３▼ＣＶＤダイヤモンド：熱伝導率１０００Ｗ/ｍＫ、熱膨張率２．３×１０-6/Ｋ
【００３５】
上記▲１▼のダイヤモンド−金属系ヒートシンクは次のようにして作製した。
まず、原料粉末として平均粒径が５〜１００μｍのダイヤモンド粒子とＡｇ−Ｃｕ合金粉末（７２ｗｔ％Ａｇ−２８ｗｔ％Ｃｕ）、Ｔｉ粉末を用意した。これらの各粉末をダイヤモンド粒子が７０ｖｏｌ％、Ａｇ−Ｃｕ合金粉末が２３．７〜２９．４ｖｏ１％、Ｔｉ粉末が０．６〜６．３ｖｏ１％となるように混合し、成形圧力８３０ＭＰａで５０×５０×２ｍｍ厚に加圧成形した。成形体の気孔率は２０％から３５％前後であった。
【００３６】
得られた成形体の上に成形体と同形状のＡｇ−Ｃｕ合金を乗せ、０．０１３３ＭＰａ以下の高真空下において加熱温度１０２０℃で２ｈ加熱処理して、Ａｇ−Ｃｕ合金を成形体中に浸みこませた。
【００３７】
得られた各溶浸材料を厚さ２ｍｍまで研磨して密度を測定した後、直径１０ｍｍに加工してレーザーフラッシュ法によって熱伝導率を測定した。
得られたダイヤモンド−金属系ヒートシンクの熱伝導率及び熱膨張係数は表１に示すとおりであった。また、比較例としてのＣｕＷ及びＣＶＤダイヤモンドの熱伝導率及び熱膨張率も表１に示した。
【００３８】
次に、ヒートシンクを３０×３０×０．３ｍｍ厚に加工したものを用意した。１×１ｍｍサイズの各ＬＥＤチップを縦８個×横８個のアレイ状に並べて、これらのｐ型電極と上記３０×３０ｍｍサイズのヒートシンクをＡｕＧｅ層を鑞材として３５０℃で接合した後、機械研磨によりＡｌＮバッファー層とサファイア基板を除去した。さらに除去後のｎ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ層（クラッド層）表面にｎ型電極を形成した。
【００３９】
アレイ状ＬＥＤの電極に直流電圧を印加して電流注入により発光させた。発光波長は３６６ｎｍの紫外線であった。電流値はゼロから１００ｍＡまで順次増加して、その時の相対発光強度を測定した。また、ＬＥＤチップ表面の温度をサーモビューワを用いて測定した。また、電流値が１００ｍＡで５ｓｅｃ点灯後、消すことを１０００回繰り返した後の、１００ｍＡでの相対発光強度も測定した。
測定結果を表１に示す。
【００４０】
表１から分かるように、ダイヤモンド−金属系ヒートシンクの熱伝導率は、使用するダイヤモンド粒子の粒径に比例して高くなる。
また、熱伝導率が３００Ｗ／ｍＫ以上のダイヤモンド−金属系ヒートシンクを用いると、高電流密度でもＬＥＤチップの温度が高く成らず、結果として相対発光強度が低下しないことが分かる。特に、ダイヤモンド−金属系ヒートシンクを用いた場合、高電流密度での点灯〜消灯を繰り返した後も、ＣＶＤダイヤモンドヒートシンクのように相対発光強度は低下しないことも分かる。これはダイヤモンド−金属系ヒートシンクの熱膨張係数がＡｌＮ−ＧａＮ系半導体層と近いために、熱応力が低減するためと考えられる。
【００４１】
【表１】
2004200347.tif 000002
【００４２】
［実施例２］
基板として３０×３０×０．３ｍｍ厚のＧａＮを用いた。
この基板を洗浄した後、バッファー層としてＧａＮを５０ｎｍ形成した。次いで、Ｓｉをドープしたｎ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ層（クラッド層）を０．８μｍ、極微量のＩｎを含むＧａＮ層（活性層）を０．５μｍ、Ｍｇをドープしたｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ層（クラッド層）を０．５μｍ形成した。さらにｐ型電極を０．２μｍ形成した。
これを１×１ｍｍサイズに加工してＬＥＤ用チップとした。
【００４３】
次に、以下の三種類のヒートシンクを用意した。
▲１▼ダイヤモンド−金属系ヒートシンク
▲２▼ＣｕＷヒートシンク：熱伝導率１８０Ｗ/ｍＫ、熱膨張率６．３×１０-6/Ｋ
▲３▼ＣＶＤダイヤモンド：熱伝導率１０００Ｗ/ｍＫ、熱膨張率２．３×１０-6/Ｋ
【００４４】
上記▲１▼のダイヤモンド−金属系ヒートシンクは次のようにして作製した。
まず、原料粉末として平均粒径が４０μｍのダイヤモンド粒子とＡｇ−Ｃｕ合金粉末（７２ｗｔ％Ａｇ−２８ｗｔ％Ｃｕ）、Ｔｉ粉末を用意した。これらの各粉末をダイヤモンド粒子が３５〜９２ｖｏｌ％、Ｔｉ粉末が４．３ｖｏｌ％、残りがＡｇ−Ｃｕ合金粉末となるように混合し、成形圧力９００ＭＰａで５０×５０×２ｍｍ厚に加圧成形した。
【００４５】
得られた成形体の上に成形体と同形状のＡｇ−Ｃｕ合金を乗せ、０．０１３３ＭＰａ以下の高真空下において加熱温度１０２０℃で２ｈ加熱処理して、Ａｇ−Ｃｕ合金を成形体中に浸みこませた。
得られた各溶浸材料を厚さ２ｍｍまで研磨して密度を測定した後、直径１０ｍｍに加工してレーザーフラッシュ法によって熱伝導率を測定した。
得られたダイヤモンド−金属系ヒートシンクの熱伝導率及び熱膨張係数は表２に示すとおりであった。また、比較例としてのＣｕＷ及びＣＶＤダイヤモンドの熱伝導率及び熱膨張率も表２に示した。
【００４６】
次に、ヒートシンクを３０×３０×０．３ｍｍ厚に加工したものを用意した。
１×１ｍｍサイズの各ＬＥＤチップを縦８個×横８個のアレイ状に並べて、これらのｐ型電極と上記３０×３０ｍｍサイズのヒートシンクとをＡｕＧｅ層を鑞材として３５０℃で接合した後、機械研磨によりＧａＮバッファー層とＧａＮ基板を除去した。さらに除去後のｎ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ層（クラッド層）表面にｎ型電極を形成した。
【００４７】
上記のようにして得られたアレイ状ＬＥＤの電極に直流電圧を印加して電流注入により発光させた。発光波長は３６６ｎｍの紫外線であった。電流値はゼロから１００ｍＡまで順次増加して、その時の相対発光強度を測定した。また、ＬＥＤチップ表面の温度をサーモビューワを用いて測定した。また、電流値が１００ｍＡで５ｓｅｃ点灯後、消すことを１０００回繰り返した後の、ｌ００ｍＡでの相対発光強度も測定した。
【００４８】
得られた測定結果を表２に示す。
表２から分かるように、ダイヤモンド−金属系ヒートシンクの熱膨張係数は、ダイヤモンド含有量に比例して小さくなる。
また、熱伝導率が３００Ｗ／ｍＫ以上のダイヤモンド−金属系ヒートシンクを用いると、高電流密度でもＬＥＤチップの温度が高くならず、結果として相対発光強度が低下しないことが分かる。特に、熱膨張係数が４〜１２×１０-6／Ｋのダイヤモンド−金属系ヒートシンクを用いた場合、高電流密度での点灯〜消灯を繰り返した後も、相対発光強度の低下が少ないことも分かる。これはダイヤモンド−金属系ヒートシンクの熱膨張係数がＡｌＮ−ＧａＮ系半導体層と近いために、熱応力が低減するためと考えられる。
【００４９】
【表２】
2004200347.tif 000003
【００５０】
【発明の効果】
本発明によれば、高密度且つ高熱伝導率なヒートシンクを提供できる。この高性能なヒートシンクを用いることによって半導体レーザーやマイクロ波デバイスなどの性能を最大限に発揮させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の発光ダイオードの製造工程を示す図である。
【図１】
2004200347.tif 000004