(57)【要約】【課題】アルミニウムと窒化アルミニウムの複合物を発光素子の放熱基板として利用した発光装置を提供する。【解決手段】窒化アルミニウム、アルミニウム、及び不可避的不純物によって構成された複合基板１００と、複合基板１００に接合され、シリコン基板又はシリコン層を有する発光素子１２０とを具備し、複合基板１００とシリコン基板又はシリコン層は、アルミニウムとシリコンそれぞれと共晶する共晶層１１０を介して互いに接合されている。なお、発光素子１２０の基板が化合物半導体基板である場合、複合基板１００と発光素子１２０は、複合基板１００上に形成された金属層と、前記金属層上に形成され、該金属層及び化合物半導体基板それぞれと共晶する共晶層とを介して互いに接合される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒化アルミニウム、アルミニウム、及び不可避的不純物によって構成された複合基板と、
前記複合基板に接合され、下面がシリコン基板又はシリコン層である発光素子と、
を具備し、前記複合基板並びに前記シリコン基板又はシリコン層は、アルミニウムとシリコンそれぞれと共晶する共晶層を介して互いに接合されている発光装置。
【請求項２】
前記共晶層はＡｕ層である請求項１に記載の発光装置。
【請求項３】
窒化アルミニウム、アルミニウム、及び不可避的不純物によって構成された複合基板と、
前記複合基板に接合され、下面が半導体基板又は半導体層である発光素子と、
を具備し、
前記複合基板並びに前記半導体基板又は半導体層は、
前記複合基板上に形成された金属層と、
前記金属層上に形成され、該金属層及び前記半導体基板それぞれと共晶する共晶層と、
を介して互いに接合されている発光装置。
【請求項４】
前記金属層は錫層又はインジウム層である請求項３に記載の発光装置。
【請求項５】
前記共晶層はＡｕ層である請求項３又は４に記載の発光装置。
【請求項６】
前記半導体基板又は半導体層はシリコン又は化合物半導体により構成される請求項３〜５のいずれか一項に記載の発光装置。
【請求項７】
窒化アルミニウム、アルミニウム、及び不可避的不純物によって構成され、表層に酸化アルミニウムを有している複合基板と、
前記複合基板に接合され、下面がシリコン基板又はシリコン層である発光素子と、
を具備し、前記複合基板並びに前記シリコン基板又はシリコン層は、
前記複合基板上に形成され、酸化アルミニウムと反応して接合する接合層と、
前記接合層上に形成され、該接合層及びシリコンそれぞれと共晶する共晶層と、
を介して互いに接合されている発光装置。
【請求項８】
窒化アルミニウム、アルミニウム、及び不可避的不純物によって構成され、表層に酸化アルミニウムを有している複合基板と、
前記複合基板に接合され、下面が半導体基板又は半導体層である発光素子と、
を具備し、
前記複合基板並びに前記半導体基板又は半導体層は、
前記複合基板上に形成され、酸化アルミニウムと反応して接合する接合層と、
前記接合層上に形成された金属層と、
前記金属層上に形成され、該金属層及び前記半導体基板それぞれと共晶する共晶層と、
を介して互いに接合されている発光装置。
【請求項９】
前記接合層はＣｕである請求項７又は８に記載の発光装置。
【請求項１０】
前記複合基板は、側面が上方を向いている凹部を具備し、
前記発光素子は前記凹部の底部に接合されており、かつ側面から光を放射する請求項１〜９のいずれか一項に記載の発光装置。
【請求項１１】
前記凹部の側面は略放物曲面である請求項１０に記載の発光装置。
【請求項１２】
前記複合基板は、複数の窒化アルミニウム粒子が、アルミニウムにより接合することにより形成されている請求項１〜１１のいずれか一項に記載の発光装置。
【請求項１３】
前記複合基板は、複数の窒化アルミニウム粒子の相互間をアルミニウムが満たすことにより形成されている請求項１〜１１のいずれか一項に記載の発光装置。
【請求項１４】
前記複合基板は、ネットワーク状に形成された窒化アルミニウムの相互間をアルミニウムが満たすことにより形成されている請求項１〜１１のいずれか一項に記載の発光装置。
【請求項１５】
前記アルミニウム中に、ネットワークを形成していない窒化アルミニウム粒子が含まれる請求項１４に記載の発光装置。
【請求項１６】
前記複合基板は、窒素雰囲気下で、窒化ホウ素、窒化マグネシウム、又は窒化カルシウムからなる群から選ばれた少なくとも一種と、アルミニウムとを同一の容器内で加熱して前記アルミニウムを溶融することにより形成される、塊状の窒化アルミニウムとアルミニウムの混合物から切り出されたものである請求項１〜１５のいずれか一項に記載の発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化アルミニウムとアルミニウムの複合基板に発光素子を接合した発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年は発光素子の発光出力が高くなってきており、それにつれて発光素子からの発熱量が増大している。このため、発光素子が発する熱を効率よく逃がす構造が求められている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明者らは、アルミニウムと窒化物（例えば窒化ボロン）を同一容器内で加熱してアルミニウムを溶融させることにより、窒化アルミニウムとアルミニウムの複合物を塊状で得られることを発見した。本発明はこの複合物を発光素子の放熱基板として利用した発光装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明に係る発光装置は、窒化アルミニウム、アルミニウム、及び不可避的不純物によって構成された複合基板と、
前記複合基板に接合され、下面がシリコン基板又はシリコン層である発光素子と、
を具備し、前記複合基板並びに前記シリコン基板又はシリコン層は、アルミニウムとシリコンそれぞれと共晶する共晶層を介して互いに接合されている。
前記共晶層は、例えばＡｕ層である請求項１に記載の発光装置。
【０００５】
本発明に係る他の発光装置は、窒化アルミニウム、アルミニウム、及び不可避的不純物によって構成された複合基板と、
前記複合基板に接合され、下面が半導体基板又は半導体層である発光素子と、
を具備し、
前記複合基板並びに前記半導体基板又は半導体層は、
前記複合基板上に形成された金属層と、
前記金属層上に形成され、該金属層及び前記半導体基板それぞれと共晶する共晶層と、
を介して互いに接合されている。
前記金属層は、例えば錫層又はインジウム層であり、前記共晶層は、例えばＡｕ層である。前記半導体基板又は半導体層はシリコン又は化合物半導体により構成されている。
【０００６】
本発明に係る他の発光装置は、窒化アルミニウム、アルミニウム、及び不可避的不純物によって構成され、表層に酸化アルミニウムを有している複合基板と、
前記複合基板に接合され、下面がシリコン基板又はシリコン層である発光素子と、
を具備し、前記複合基板並びに前記シリコン基板又はシリコン層は、
前記複合基板上に形成され、酸化アルミニウムと反応して接合する接合層と、
前記接合層上に形成され、該接合層及びシリコンそれぞれと共晶する共晶層と、
を介して互いに接合されている。
前記接合層は、例えばＣｕである。
【０００７】
本発明に係る他の発光装置は、窒化アルミニウム、アルミニウム、及び不可避的不純物によって構成され、表層に酸化アルミニウムを有している複合基板と、
前記複合基板に接合され、下面が半導体基板又は半導体層である発光素子と、
を具備し、
前記複合基板並びに前記半導体基板又は半導体層は、
前記複合基板上に形成され、酸化アルミニウムと反応して接合する接合層と、
前記接合層上に形成された金属層と、
前記金属層上に形成され、該金属層及び前記半導体基板それぞれと共晶する共晶層と、
を介して互いに接合されている。
前記接合層は、例えばＣｕである。
【０００８】
前記複合基板は、側面が上方を向いている凹部を具備し、前記発光素子は前記凹部の底部に接合されており、かつ側面から光を放射するものであってもよい。この場合、前記凹部の側面は略放物曲面であってもよい。
【０００９】
前記複合基板は、例えば複数の窒化アルミニウム粒子が、アルミニウムにより接合することにより形成されている場合もあり、複数の窒化アルミニウム粒子の相互間をアルミニウムが満たすことにより形成されている場合もあり、ネットワーク状に形成された窒化アルミニウムの相互間をアルミニウムが満たすことにより形成されている場合もある。前記アルミニウム中に、ネットワークを形成していない窒化アルミニウム粒子が含まれている場合もある。
【００１０】
また、前記複合基板は、窒素雰囲気下で、窒化ホウ素、窒化マグネシウム、又は窒化カルシウムからなる群から選ばれた少なくとも一種と、アルミニウムとを同一の容器内で加熱して前記アルミニウムを溶融することにより形成される、塊状の窒化アルミニウムとアルミニウムの混合物から切り出されたものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、簡単な構造で、窒化アルミニウム、アルミニウム、及び不可避的不純物によって構成された複合基板に発光素子を接合することができる。また、発光素子で発生した熱を効率よく複合基板に伝熱することができる。また、複合基板を構成する窒化アルミニウム及びアルミニウムはいずれも伝熱係数が高いため、複合基板に伝熱された熱を効率よく複合基板から放熱することができる。また、複合基板における窒化アルミニウムとアルミニウムの比率を調節することにより、複合基板の熱膨張係数を発光素子の基板の熱膨張係数に近づけることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
（第１の実施形態）
以下、図面を参照して本発明の第１の実施形態について説明する。本実施形態は、窒化アルミニウムとアルミニウムの複合基板を形成し、その後複合基板に発光素子を接合するものである。発光素子としては、例えば側面から光が放射されるタイプがあるが、上面から光が放射されるタイプであっても良い。本実施形態において発光素子の下面は、シリコン基板又はシリコン層により形成されている。
【００１３】
まず、複合基板の製造方法について説明する。
図１は、複合基板の製造に用いられるカーボン抵抗炉の構成図である。このカーボン抵抗炉は、反応チャンバー１０を有している。反応チャンバー１０には排気口（図示せず）及びガス導入口１１が設けられている。反応チャンバー１０内には、ルツボ１２を加熱するためのグラファイトヒータ１３が設けられている。ルツボ１２には熱電対が取り付けられているため、モニター線１４を通じてルツボ１２の温度を反応チャンバー１０の外部でモニターすることができる。
【００１４】
次に、上記のカーボン抵抗炉を用いた複合基板の製造方法について説明する。
まず、小片に砕いたアルミニウム２１と粉末状の窒化物２０をルツボ１２に投入する。窒化物２０は、例えば六方晶の窒化ホウ素であるが、他の窒化物（例えば窒化マグネシウム（Ｍｇ３Ｎ２）又は窒化カルシウム（Ｃａ３Ｎ２））であってもよい。また、窒化ホウ素、窒化マグネシウム及び窒化カルシウムからなる群から選ばれた２種以上の混合物であってもよい。このとき、窒化物２０がアルミニウムの下に位置するようにする。窒化物２０とアルミニウム２１を交互に複数積層させてもよい。アルミニウムに対する窒化物２０の重量比は０．１以上１以下であるのが好ましい。
【００１５】
次に、上記した排気口から反応チャンバー１０内部を排気し、その後ガス導入口１１から窒素ガスを導入する。これにより、反応チャンバー１０の内部は窒素雰囲気になる。反応チャンバー１０内部における窒素ガスの圧力は、加圧雰囲気が好ましく、例えば５気圧以上５０気圧以下である。
【００１６】
次に、グラファイトヒータ１３でルツボ１２を加熱し、ルツボ１２の内部をアルミニウムの融点（６６０℃）以上、好ましくは９００℃以上１４００℃以下まで加熱する。これにより、ルツボ１２内のアルミニウム２１は溶融し、溶融したアルミニウム２１と固相の窒化物２０との間で固液二相反応が生じる。このとき、雰囲気中の窒素も反応する。これにより、アルミニウムの窒化反応が進行し、窒化アルミニウム、アルミニウム、及び不可避的不純物を含有する塊状の窒化アルミニウム含有物、及びスラグが形成される（以下、第１熱処理と記載）。第1熱処理におけるアルミニウムの窒化反応において、窒化物２０のうち窒素以外のもの（例えばホウ素、マグネシウム、又はカルシウム）は触媒として機能すると考えられる。この窒化反応が進行する速度は、処理温度及び雰囲気窒素の圧力によって制御することができる。
【００１７】
なお、Ｘ線回折によれば、窒化物２０のうち窒素以外のもの（例えばホウ素、マグネシウム、又はカルシウム）は、窒化アルミニウム含有物の中にはほとんど存在しない。窒化物２０のうち窒素以外のもの（例えばホウ素、マグネシウム、又はカルシウム）は、上記したスラグに含まれると考えられる。
【００１８】
また、得られた窒化アルミニウム含有物は、複数の窒化アルミニウム粒子の相互間がアルミニウムによって満たされているか、又はネットワーク状すなわち網目状に成長した窒化アルミニウムの相互間がアルミニウムによって満たされているため、空隙率が１％以下である。このように、焼結法によって得られた窒化アルミニウム含有物と比較して空隙率が大幅に低下し、金属に近い状態でバルク状の窒化アルミニウム含有物が得られる。なお、ネットワーク状すなわち網目状に成長した窒化アルミニウムの相互間に位置するアルミニウム中には、ネットワークを形成していない窒化アルミニウム粒子が含まれる場合もある。
【００１９】
なお、ルツボ１２の内部で窒化物２０をアルミニウム２１の下に位置させた場合、溶融したアルミニウム２１が粉末状の窒化物２０間に浸透する。このため、窒化アルミニウムの生成反応が効率よく進行する。また、窒化アルミニウムはアルミニウムより比重が大きいため、生成した窒化アルミニウムが沈殿し、その上方でアルミニウムの窒化反応が進行する状態になる。
【００２０】
本実施形態に係る窒化アルミニウム含有物の製造方法では、第１熱処理の処理条件、例えば処理温度、雰囲気窒素の圧力、反応時間、及びアルミニウムに対する窒化ホウ素の割合等によって、窒化アルミニウム含有物における窒化アルミニウムとアルミニウムそれぞれの含有率を変更することができる。具体的には、窒化アルミニウムの生成反応が促進される条件（例えば１３００℃で４０気圧）では、生成物である窒化アルミニウム含有物に含まれる窒化アルミニウムの割合を高くし、かつアルミニウムの割合を低くすることができる。
【００２１】
本実施形態において、得られた窒化アルミニウム含有物の加工性を高くすることを目的として、第１熱処理後のアルミニウムの含有率を４０％以上７０％以下にするのが好ましい。窒化アルミニウムの含有率がこれ以上の値になると窒化アルミニウム含有率の加工性が悪くなる。
【００２２】
その後、炉冷された塊状の窒化アルミニウム含有物をダイシングして板形状のものを切り出すことにより、窒化アルミニウムとアルミニウムの複合基板を形成する。
【００２３】
その後、複合基板の窒化アルミニウム含有率を高めたい場合、以下に説明する第２熱処理を行う。第２熱処理は、複合基板を窒素ガス雰囲気下で再熱処理するものであり、例えば第１熱処理で用いたカーボン抵抗炉を用いて行う。第２熱処理を行うことにより、窒化アルミニウム含有物に含まれるアルミニウムの窒化反応が進行してアルミニウムの含有率が低下し、かつ窒化アルミニウムの含有率が上昇する。また、第２熱処理によって複合基板の表面におけるアルミニウムの割合が高くなる。
【００２４】
本実施形態において、第２熱処理は、第１熱処理よりアルミニウムの窒化反応が進行しやすい条件で行われるのが好ましい。これは、アルミニウムの窒化反応は発熱反応であるため、第１熱処理をアルミニウムの窒化反応が進行しやすい条件にすると、第１熱処理において窒化アルミニウムの核生成が急激に進行し、窒化アルミニウムがネットワーク状になりにくいためである。例えば、第２熱処理における熱処理温度は、第１熱処理における熱処理温度以上であるのが好ましい。具体的には、第１熱処理における熱処理温度は９００℃以上１２００℃以下であり、第２熱処理における熱処理温度は１１００℃以上１２００℃以下であるのが好ましい。
また、第２熱処理における窒素ガス雰囲気の圧力は、加圧雰囲気であるのが好ましく、例えば５気圧以上５０気圧以下である。
【００２５】
なお、アルミニウムの窒化反応が過度に進行すると、複合基板は凝集合体（バルク）状の物と粉末状の物の混合物、更には粉末状になる。粉末状の生成物は高純度の窒化アルミニウムである。
【００２６】
また、必要に応じて、第２熱処理すなわち窒化アルミニウム含有物の冷却及び加熱サイクルを複数回行っても良い。これにより、低温（例えば１１００℃）かつ低圧の条件（例えば１５気圧）においてもアルミニウムの含有率が更に低下し、かつ窒化アルミニウムの含有率が更に上昇する。また、単純に熱処理時間を長くする場合と比較して、窒化アルミニウム含有率を高くすることができる。
【００２７】
次いで、複合基板１００と発光素子１２０を接合する方法について説明する。
まず、図２（Ａ）に示すように、発光素子１２０が有するシリコン基板又はシリコン層の下面に共晶金属層１１０を形成する。共晶金属層１１０は、アルミニウム及びシリコンそれぞれと共晶合金を形成する金属（例えばＡｕ）により形成されている。共晶金属層１１０は、例えばめっき法又は蒸着法により形成され、その厚さは例えば１〜５μｍである。
【００２８】
次いで、図２（Ｂ）に示すように、図１を用いて説明した方法により形成された複合基板１００の表面をスクライビング又は超音波処理し、複合基板１００の表面に形成されたアルミニウムの酸化物層を除去する。次いで、複合基板１００上に、発光素子１２０を載置して加熱処理する。このときの加熱温度は、共晶金属層１１０がアルミニウム及びシリコンそれぞれと共晶する温度以上である。例えば共晶金属層１１０が金の場合、シリコンと金の共晶温度は３７０度であり、アルミニウムと金の共晶温度は５５０℃であるため、加熱温度を５５０℃以上にする必要がある。
【００２９】
この熱処理により、共晶金属層１１０の下層は複合基板１００に含まれるアルミニウムと共晶し、かつ共晶金属層１１０の上層は発光素子１２０のシリコン基板又はシリコン層と共晶する。このため、発光素子１２０は共晶金属層１１０を介して複合基板１００に接合される。
【００３０】
なお、共晶金属層１１０を形成する金属が、アルミニウム及びシリコンと三成分共晶合金を形成する場合、共晶金属層１１０の厚みを調節する（例えばＡｕ層の場合は３〜８μｍ）ことにより、三成分共晶合金を利用した接合構造にすることができる。この場合、接合時の加熱温度を低くすることができる。
【００３１】
以上、第１の実施形態によれば、複合基板１００と発光素子１２０とを共晶金属層１１０を用いて接合することができる。従って、簡単に複合基板１００に発光素子１２０を接合することができる。また接合の信頼性も高くなる。
【００３２】
また、発光素子１２０と複合基板１００は共晶金属層１１０を介して面接合しているため、発光素子１２０で発生した熱を効率よく複合基板１００に伝熱することができる。
【００３３】
また複合基板１００は窒化アルミニウム、アルミニウム、及び不可避的不純物から構成されているが、窒化アルミニウム（２００Ｗ／Ｋ）及びアルミニウム（２２０／Ｋ）はいずれも熱伝導率が高い。このため、複合基板１００の熱伝導率も高い。従って、複合基板１００に伝熱された熱は効率よく複合基板１００の全体に伝熱され、効率よく放熱される。
【００３４】
また、複合基板１００における窒化アルミニウムとアルミニウムの比率を調節することにより、複合基板１００の熱膨張係数を発光素子１２０のシリコン基板又はシリコン層の熱膨張係数に近づけることができる。
【００３５】
また、複合基板１００のＡｌ含有率が高い場合（例えば４０％〜７０％）、複合基板１００に導電性を持たせることができるが、この場合、発光素子１２０のシリコン基板又はシリコン層と複合基板１００を同電位にして、シリコン基板又はシリコン層の電位を安定にすることができる。
【００３６】
また、複合基板１００の製造方法においては、従来方法と比較して製造条件は低温かつ低圧である。従って、製造コストも従来と比較して大幅に低くなる。
【００３７】
なお、共晶金属層１１０を発光素子１２０の下面に形成するのではなく、複合基板１００の上面に形成しても良い。この場合、共晶金属層１１０を、発光素子１２０と接合する部分以外にも形成できるため、共晶金属層１１０を発光素子１２０の下面に接続する電極兼配線として用いることもできる。
【００３８】
（第２の実施形態）
本実施形態は、複合基板１００を形成する工程までは第１の実施形態と同様である。そして、発光素子１２０の下面を形成する基板又は層がシリコン又は化合物半導体（例えばガリウムヒ素又は窒化ガリウム）のいずれでも良い点、及び発光素子１２０と複合基板１００の接合構造が第１の実施形態と異なる。このため、複合基板１００を形成した後の工程から説明を行う。
【００３９】
まず図３（Ａ）に示すように、複合基板１００の表面に金属層１３０を形成し、かつ発光素子１２０の下面に共晶金属層１４０を形成する。金属層１３０はめっき法により形成されており、共晶金属層１４０は金属層１３０及び発光素子１２０の下面それぞれと共晶する金属（例えば金）により形成されている。共晶金属層１３０は、例えば複合基板１００の表面に、パラジウム触媒によるリン−ニッケルの無電解めっきを行った後、錫又はインジウムのめっきを、例えば３〜１０μｍの厚さで行うことにより形成される。また、共晶金属層１４０は、例えばめっき法又は蒸着法により形成される。
【００４０】
次いで、図３（Ｂ）に示すように、複合基板１００上に発光素子１２０を載置して、酸素が無い雰囲気(例えば窒素雰囲気)で加熱処理する。このときの加熱温度は、共晶金属層１４０が発光素子１２０の基板及び共晶金属層１４０それぞれと共晶する温度以上である。例えば金属層１３０が錫であり、共晶金属層１４０が金であり、発光素子１２０の下面がシリコン基板又はシリコン層である場合、シリコンと金の共晶温度が３７０℃と最も高いため、これ以上とする。
【００４１】
この熱処理により、金属層１３０の上層は共晶金属層１４０の下層と共晶し、共晶金属層１４０の上層は発光素子１２０の下面と共晶する。このため、発光素子１２０は共晶金属層１４０及び金属層１３０を介して複合基板１００に接合される。
【００４２】
なお、金属層１３０の表面に０．１〜０．５μｍの金層をめっき法又は蒸着法により形成した後、複合基板１００と発光素子１２０を接合するための加熱処理を行っても良い。この場合、加熱処理を大気中で行うことができる。
【００４３】
本実施形態においても、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、第１の実施形態と比較して接合時の加熱温度を低くできる場合も多い。また、複合基板１００の表面をスクライビング又は超音波処理する必要がない。
また、金属層１３０及び共晶金属層１４０を、発光素子１２０の下面に接続する電極として用いることもできる。
【００４４】
（第３の実施形態）
本実施形態は、複合基板１００を形成する工程までは第１の実施形態と同様であるが、発光素子１２０と複合基板１００の接合構造が第１の実施形態と異なる。このため、複合基板１００を形成した後の工程から説明を行う。
【００４５】
まず図４（Ａ）に示すように、複合基板１００の表面酸化を行う。これにより、複合基板１００の表面には酸化アルミニウム層１０１（厚さは例えば０．１〜２μｍ）が形成される。また複合基板１００は絶縁性を有するようになる。
【００４６】
次いで、図４（Ｂ）に示すように複合基板１００の表面に接合膜１５０を載置して加熱処理を行う。接合膜１５０は、酸化アルミニウム層１０１が有する酸素と反応する金属（例えば銅）から形成されている。加熱温度は接合膜１５０の融点より少し低い温度（例えば１０〜１８℃低い温度）である。これにより、酸化アルミニウム層１０１が有する酸素の一部が接合膜１５０と反応して接合膜１５０の下層を酸化させる。このようにして、複合基板１００の酸化アルミニウム層１０１と接合膜１５０が接合する。
【００４７】
その後、接合膜１５０のうち接合に用いない領域を、例えばマスク膜を用いたエッチングにより選択的に除去し、複合基板１００上に位置する配線(図示せず)を形成する。
【００４８】
また、複合基板１００の下面に共晶金属層１１１を形成する。共晶金属層１１１は、接合膜１５０と共晶し、かつ発光素子１２０の下面であるシリコン基板又はシリコン層と共晶する金属（例えば金）により形成されている。共晶金属層１１１は、例えばめっき法又は蒸着法により形成される。
【００４９】
次いで、図４（Ｃ）に示すように、発光素子１２０を複合基板１００の接合膜１５０上に載置して加熱処理する。これにより、共晶金属層１１１の下層は接合膜１５０と共晶し、共晶金属層１１１の上層は発光素子１２０のシリコン基板又はシリコン層を共晶する。このようにして、発光素子１２０は共晶金属層１１１及び接合膜１５０を介して複合基板１００に接合される。
【００５０】
以上、本実施形態によっても、簡単に複合基板１００に発光素子１２０を接合することができる。また、発光素子１２０で発生した熱を効率よく複合基板１００に伝熱することができ、かつ複合基板１００に伝熱された熱を効率よく複合基板１００から放熱することができる。また、複合基板１００における窒化アルミニウムとアルミニウムの比率を調節することにより、複合基板１００の熱膨張係数を発光素子１２０の基板の熱膨張係数に近づけることができる。
【００５１】
また、酸化アルミニウム層１０１及び接合膜１５０の下層（酸化層）は絶縁体であるため、複合基板１００と発光素子１２０の絶縁性（例えば耐圧が１０００Ｖ）を確保することができる。
また、接合膜１５０を、発光素子１２０の下面に接続する電極兼配線として用いることもできる。
【００５２】
（第４の実施形態）
本実施形態は、複合基板１００に接合膜１５０を取り付ける工程までは第３の実施形態と同様であるが、発光素子１２０の下面となる基板又は層がシリコン又は化合物半導体のいずれでも良い点、及び発光素子１２０と複合基板１００の接合構造が第１の実施形態と異なる。このため、複合基板１００に接合膜１５０を取り付けた後の工程から説明を行う。
【００５３】
まず図５（Ａ）に示すように、接合膜１５０の表面に金属層１３１を形成し、かつ発光素子１２０の基板の下面に共晶金属層１４１を形成する。金属層１３１はめっき法により形成可能な金属（例えば錫又はインジウム）により形成されており、共晶金属層１４１は金属層１３１及び発光素子１２０の基板それぞれと共晶する金属（例えば金、銀、または金とインジウムの合金）により形成されている。金属層１３１及び共晶金属層１４１の形成方法は、それぞれ第２の実施形態における金属層１３０及び共晶金属層１４０と同様である。
【００５４】
次いで、図５（Ｂ）に示すように、複合基板１００上に発光素子１２０を載置して、酸素が無い雰囲気(例えば窒素雰囲気)で加熱処理する。このときの加熱温度は、共晶金属層１４１が発光素子１２０の基板及び金属層１３１それぞれと共晶する温度以上である。
【００５５】
この熱処理により、金属層１３１の上層は共晶金属層１４１の下層と共晶し、共晶金属層１４１の上層は発光素子１２０の基板と共晶する。このようにして、発光素子１２０は共晶金属層１４１、金属層１３１、及び接合膜１５０を介して複合基板１００に接合される。
【００５６】
なお、金属層１３１の表面に０．１〜０．５μｍの金層をめっき法又は蒸着法により形成した後、複合基板１００と発光素子１２０を接合するための加熱処理を行っても良い。この場合、加熱処理を大気中で行うことができる。
【００５７】
本実施形態においても第３の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００５８】
（第５の実施形態）
図６は、第５の実施形態に係る発光装置を説明する為の断面概略図である。本実施形態に係る発光装置は、複合基板１００の表面に凹部１０２が形成される点、及び発光素子１２０が凹部１０２の底面に接合される点、及び発光素子１２０の側面から光が放射される点を除いて、第１〜第４の実施形態のいずれかと同様である。以下、第１〜第４の実施形態と同様の構成については同一の符号を付し、説明を省略する。なお、発光素子１２０と複合基板１００の接合構造については、図示を省略している。
【００５９】
この発光装置の製造方法において、塊状の窒化アルミニウム含有物から複合基板１００を切り出すまでの工程は第１の実施形態と同様である。
その後、切り出した複合基板１００の表面を切削加工して凹部１０２を形成する。ここで、凹部１０２の側面１０２ａが放物曲面となるようにしてもよい。
【００６０】
その後、必要に応じて第２熱処理を行い、複合基板１００の窒化アルミニウム含有率を向上させる。このとき、複合基板１００の表面の温度と裏面の温度を異ならせた状態で第２熱処理を行うと、複合基板１００の組成に傾斜を持たせることができる。例えば第２熱処理時に、内部に水冷用の配管が配設された台座上に複合基板の裏面を載置した場合、複合基板１００の裏面から表面に向かうにつれて窒化アルミニウムの含有率が高くなる。また、前記した台座上に複合基板の表面を載置した場合、複合基板１００の裏面から表面に向かうにつれてアルミニウムの含有率が高くなる。
【００６１】
その後、複合基板１００の凹部１０２の底面上に発光素子１２０を接合する。この接合方法は、第１の実施形態又は第２の実施形態と同様である。
【００６２】
本実施形態によっても第１〜第４の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、発光素子１２０の側面から放射された光は複合基板１００の凹部１０２の側面１０２ａによって反射され、外部に射出される。従って、発光素子１２０の側面から放射された光の利用効率が高くなる。この効果は、複合基板１００の裏面から表面に向かうにつれてアルミニウムの含有率が高くなる場合に、特に顕著になる。また、射出される光の分布は、側面１０２ａの面形状によって調節することができる。例えば凹部１０２の側面１０２ａが略放物曲面である場合、射出する光は略平行光になる。
【００６３】
なお、本実施形態において発光素子１２０を複合基板１００に取り付ける前に、凹部１０２の側面１０２ａに、発光素子１２０が発する光に対する反射率が高い金属膜（例えばアルミニウム膜）を、蒸着等により形成してもよい。このようにすると、さらに発光素子１２０の側面から放射された光の利用効率が高くなる。
【００６４】
（第６の実施形態）
図７は、第６の実施形態に係る発光装置の構成を説明する為の断面概略図である。本実施形態に係る発光装置は、発光素子１２０が接合された複合基板１００を、発光素子１２０の発光側の端面を上方に向けた状態で、金属製の金属ステム１６０の表面上に固定したものである。発光素子１２０を複合基板１００に接合する方法及び構造は、第１〜第４の実施形態のいずれかと同様であるため、説明及び図示を省略する。
【００６５】
まず、図８の斜視概略図を用いて、本実施形態における発光素子１２０の構成の一例を説明する。発光素子１２０は、例えばレーザーダイオードであり、発光層としての活性層１２２を、第１導電型の半導体層１２１及び第２導電型の半導体層１２３で挟み、さらに第１導電型の半導体層１２１の下面に第１の電極１２５を設け、かつ第２導電型の半導体層１２３の上面に第２の電極１２６を設けたものである。活性層１２２が発する光は発光素子１２０の端面のうちの一つから放出される。
【００６６】
なお、第２導電型の半導体層１２３と第２の電極１２６の間には、開口部を有する絶縁層１２４が設けられており、第２の電極１２６のうち開口部内に位置する部分のみが半導体層１２３と接続するようになっている。これにより第２の電極１２６を流れる電流が狭窄され、発光素子１２０の発光出力が向上する。
【００６７】
図７に戻る。複合基板１００及び発光素子１２０は、金属ステム１６０の表面に取り付けられた金属キャップ１８０によって覆われている。金属キャップ１８０には光射出用の開口部１８１、及び開口部１８１を封止するカバーガラス１８２が設けられている。開口部１８１及びカバーガラス１８２は、発光素子１２０の発光側の端面に対向する位置に設けられている。
【００６８】
金属ステム１６０には電極ピン１７１，１７２，１７３が取り付けられている。本実施形態において複合基板１００は、導電性を有するように組成が調節されており、電極ピン１７１は、複合基板１００を介して、発光素子１２０の下面に設けられた第１の電極１２５に電気的に接続している。電極ピン１７２は、金属ステム１６０を上下に貫通する貫通孔１６０ａに取り付けられているが、金属ステム１６０との間は絶縁されている。電極ピン１７２は、貫通孔１６０ａを通る配線１７２ａを介して、発光素子１２０の上面に設けられた第２の電極１２６（本図では図示せず）に電気的に接続している。また電極ピン１７３は、電極ピン１７１，１７２の電位を安定させるための参照電位設定用のピンである。
【００６９】
以上、本実施形態によれば、第１〜第４の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、発光素子１２０がレーザー発光する場合、発熱量が大きくなるが、複合基板１００を金属ステム１６０に取り付けたため、発光素子１２０で生じた熱を、さらに効率よく放熱することができる。
【００７０】
（第７の実施形態）
図９は、第７の実施形態に係る発光装置の構成を説明する為の断面概略図である。本実施形態に係る発光装置は、複合基板１００の表面に発光素子１２０を接合し、さらに複合基板１００の裏面を、水冷された金属製の金属ステム１９０に取り付けたものである。金属ステム１９０の内部には、冷却水を充填させるための中空部１９２を有している。中空部１９２の中の冷却水は、給水口１９４及び排水口１９６を介して常に入れ替わっている。
【００７１】
本実施形態において発光素子１２０と複合基板１００の接合構造は、第１〜第４の実施形態のいずれかと同様であるため、説明及び図示を省略する。また発光素子１２０の構造は、第６の実施形態と同様である。
【００７２】
また、発光素子１２０と複合基板１００の間で絶縁性を確保する必要がある場合、複合基板１００を絶縁性にするために、複合基板１００のＡｌＮ含有率を高くする必要がある。この場合、複合基板１００の離面から表面に向かうにつれてＡｌＮの含有率が高くなるようにしてもよい。この場合、上記した絶縁性が確保される。また複合基板１００の表面の熱膨張係数を発光素子１２０の下面の熱膨張係数に近づけることができ、かつ複合基板１００の裏面の熱膨張係数を金属ステム１９０の熱膨張係数に近づけることができる。複合基板１００の組成を傾斜させる方法は、第５の実施形態に示した通りである。ただし、発光素子１２０と複合基板１００の接合構造は、第３又は第４の実施形態に示した構造になる。
【００７３】
また、複合基板１００の表面が絶縁性を有している場合、複合基板１００の表面には、発光素子１２０の第１の電極１２５（図８に図示）に接続する配線層（図示せず）が設けられる。この配線層の一部には電極ピン１７１が接続される。すなわち電極ピン１７１は前記した配線層を介して第１の電極１２５に電気的に接続する。また電極ピン１７２は直接発光素子１２０の第２の電極１２６（図８に図示）に接続する。
【００７４】
本実施形態によっても第６の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、金属ステム１９０を水冷しているため、発光素子１２０で生じた熱をさらに効率よく放熱することができる。
【００７５】
尚、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することが可能である。例えば製造装置は上記したカーボン抵抗炉に限定されない。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】複合基板の製造に用いられるカーボン抵抗炉の構成図。
【図２】各図は、第１の実施形態において複合基板１００と発光素子１２０を接合する方法を説明する図。
【図３】各図は、第２の実施形態において複合基板１００と発光素子１２０を接合する方法を説明する図。
【図４】各図は、第３の実施形態において複合基板１００と発光素子１２０を接合する方法を説明する図。
【図５】各図は、第４の実施形態において複合基板１００と発光素子１２０を接合する方法を説明する図。
【図６】第５の実施形態に係る発光装置を説明する為の断面概略図。
【図７】第６の実施形態に係る発光装置の構成を説明する為の断面概略図。
【図８】本実施形態における発光素子１２０の構成の一例を説明する為の斜視図。
【図９】第７の実施形態に係る発光装置の構成を説明する為の断面概略図。
【符号の説明】
【００７７】
１０…反応チャンバー、１１…ガス導入口、１２…ルツボ、１３…グラファイトヒータ、１４…モニター線、２０…窒化物、２１…アルミニウム、１００…複合基板、１０２…凹部、１０２ａ…側面、１０１…酸化アルミニウム層、１１０，１１１，１４０，１４１…共晶金属層、１２０…発光素子、１２１，１２３…半導体層、１２２…活性層、１２４…絶縁層、１２５…第１の電極、１２６…第２の電極、１３０，１３１…金属層、１５０…接合膜、１６０，１９０…金属ステム、１６０ａ…貫通孔、１７１，１７２，１７３…電極ピン、１８０…金属キャップ、１８１…開口部、１８２…カバーガラス、１９２…中空部、１９４…給水口、１９６…排水口
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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