用于led发光元件的复合材料基板、其制造方法及led发光元件的制作方法

专利名称：用于led发光元件的复合材料基板、其制造方法及led发光元件的制作方法
技术领域：
本发明涉及发光二极管(以下，称为LED)元件用的复合材料基板、其制造方法及使用了该复合材料基板的LED发光元件。
背景技术：
LED是在半导体的pn结中流过正向电流时进行发光的元件，使用GaAs、GaN等 III-V族半导体晶体来制造。近年来，随着半导体的外延生长技术和发光元件工艺技术的进步，开发出转换效率优良的LED，并广泛使用于各领域。LED由使III-V族半导体晶体在单晶生长基板上外延生长而得的ρ型层、η型层以及被该两者夹持的光活性层构成。通常，使GaN等的III-V族半导体晶体在单晶蓝宝石的生长基板上外延生长之后，形成电极等进而形成LED发光元件(专利文献1)。使III-V族半导体晶体在单晶生长基板上外延生长时，由于单晶生长基板和 III-V族半导体晶体的晶格常数不同，因此难以生长良好的单晶。因此，有人提出了在低温下在蓝宝石基板上形成GaN等的缓冲层并使GaN在该缓冲层上外延生长的方法(专利文献 2)。但是，即使利用这种方法仍存在如下问题由于蓝宝石基板和缓冲层的GaN等的线热膨胀系数存在差异，因此外延生长后的基板发生翘曲，最坏的情况下基板发生破裂。因此，就需要一种线热膨胀系数与III-V族半导体晶体接近的基板材料。此外，单晶蓝宝石基板等单晶生长基板还存在导热性不良的问题。在单晶蓝宝石的情况下，热导率约为40W/mK，无法使GaN等的III-V族半导体元件所产生的热量充分散发。特别是，通过高电流的高输出功率LED存在如下问题元件的温度上升导致发光效率的降低或元件寿命的降低。因此，有人提出了如下方法使III-V族半导体晶体在单晶生长基板上外延生长后，通过金属层与高导热性基板接合，然后，除去单晶生长基板(专利文献3)。因此，作为高导热性基板的材质，研究了导热性优良的铜等材料，但由于上述材料与 III-V族半导体晶体的线热膨胀系数差较大，因此不能充分满足高功率LED的要求。专利文献1 日本专利“特开2005-117006号公报”专利文献2 日本专利“特公平5-73252号公报”专利文献3 日本专利“特开2006-U8710号公报”

发明内容
因此，本发明的目的在于提供可适用于高输出功率LED的LED发光元件用基板及其制造方法，该基板与构成LED的III-V族半导体晶体的线热膨胀系数差较小，并且具有优良的导热性。此外，本发明的目的还在于提供使用上述LED发光元件用基板制造LED发光元件的方法以及通过该方法制造的LED发光元件。作为本发明的一种形态，提供用于LED发光元件的复合材料基板，该复合材料基板通过在多孔体中浸渗铝合金或纯铝并加工成具有预定的板厚及表面粗糙度的复合材料体后在该复合材料体的表面形成厚度为0. 5-15 μ m的金属层而制成，所述多孔体由选自碳化硅、氮化铝、氮化硅、金刚石、石墨、氧化钇及氧化镁的1种以上物质形成且气孔率为 10-50体积％，所述金属层含有选自Ni、Co、Pd、Cu、Ag、Au、Pt、Sn的1种以上的金属。在一种形态中，上述多孔体具有50MPa以上的3点弯曲强度，通过液态模锻法在30MPa以上的浸渗压力下在上述多孔体中浸渗上述铝合金。在一种实施方式中，上述复合材料体的板厚为 0. 05-0. 5mm，表面粗糙度(Ra)为0. 01-0. 5 μ m。在另一种实施方式中，上述复合材料体的板厚为0. 05-0. 5mm、表面粗糙度(Ra)为0. 01_2 μ m，且形成了金属层的一面被加工成表面粗糙度(Ra)为 0. 01-0. 5 μ m。此外，本发明的优选的实施方式中，复合材料基板在温度为25°C时的热导率为 100-500W/mK，在温度为25°C _150°C时的线热膨胀系数为4X 10_6/K-9X 10_6/K，3点弯曲强度为50MPa以上，体积电阻率为10_9-10_5Ω ·πι。此外，在另一实施方式中，复合材料基板的板厚为0. 05mm-0. 5mm,至少一个主面的表面粗糙度(Ra)为0. 01-0. 5 μ m,在温度为25°C的 5当量的HCl溶液中浸渍1分钟后的至少一个主面的重量减少量及在温度为75°C的10当量的NaOH溶液中浸渍1分钟后的至少一个主面的重量减少量分别为0. 2mg/cm2以下。作为本发明的另一形态，提供用于LED发光元件的复合材料基板的制造方法，该制造方法具有以下工序(a)准备多孔体，该多孔体由选自碳化硅、氮化铝、氮化硅、金刚石、石墨、氧化钇及氧化镁的1种以上物质形成，且气孔率为10-50体积％ ；(b)在上述多孔体中浸渗铝或纯铝，加工成具有预定的板厚及表面粗糙度的复合材料体；(c)在所述复合材料体的表面形成厚度为0. 5-15 μ m的金属层，该金属层含有选自 Ni、Co、Pd、Cu、Ag、Au、Pt、Sn 的 1 种以上的金属。这里，一种实施方式中，在工序(a)中，上述多孔体具有50MPa以上的3点弯曲强度；在工序(b)中，通过液态模锻法在30MPa以上的浸渗压力下，在上述多孔体中浸渗上述铝合金或纯铝。另一种实施方式中，在工序(b)中，使复合材料体的板厚为0.05-0. 5mm，使表面粗糙度(Ra)为0.01-0. 5 μ m。另一种实施方式中，在工序(b)中，使复合材料体的板厚为0. 05-0. 5mm，使表面粗糙度(Ra)为0. 01_2 μ m ；在工序(c)中，将复合材料体的形成了金属层的一面加工成表面粗糙度(Ra)为0. 01-0. 5 μ m。作为本发明的又另一形态，提供LED发光元件的制造方法，该制造方法具有以下
工序(1)使III-V族半导体晶体在圆板状或平板状的单晶生长基板的一个主面上外延生长；(2)将本发明的上述用于LED发光元件的复合材料基板通过金属层接合于上述 III-V族半导体晶体的表面，通过激光照射、蚀刻、磨削中的任一种方法除去上述单晶生长基板；(3)对所述III-V族半导体晶体的除去了上述单晶生长基板的一侧的表面进行加工，并形成电极之后，进行裁切加工。这里，在一种实施方式中，单晶生长基板由选自单晶蓝宝石、单晶碳化硅、单晶GaAs、单晶Si的材料制备。在另一种实施方式中，用选自AlN、SiC、GaN、GaAs的材料对单晶生长基板进行表面涂敷。此外，在一种实施方式中，III-V族半导体晶体为GaN、GaAs、GaP 中的任意一种。而且，本发明还揭示了可由上述任一种LED发光元件的制造方法制造的LED 发光元件。根据本发明，可以得到与构成LED的III-V族半导体晶体的线热膨胀系数差较小的、高导热性的用于LED发光元件的复合材料基板。通过使用上述用于LED发光元件的复合材料基板，可以提供散热性、可靠性优良的高输出功率LED发光元件。而且，上述结构的用于LED发光元件的复合材料基板，对制造LED发光元件时所使用的酸和碱溶液具有优良的耐化学性，并且具有导电性，可以在构成LED的III-V族半导体晶体的两面形成电极。因此，可以减少LED发光元件的制造工序并增加单位面积的发光量。


图1是用于说明本发明的实施例1的LED发光元件的制造例的概略剖视图，表示本发明的一实施例的复合材料基板与半导体层接合的状态，上述半导体层间隔着缓冲层形成于蓝宝石生长基板上。图2是与图1相同的图，表示在除去生长基板后形成透明导电层的状态。图3是用于说明本发明的实施例17的LED发光元件的制造例的概略剖视图，表示本发明的一实施例的复合材料基板与Si生长基板上形成的半导体层接合的状态。
具体实施例方式本发明涉及LED发光元件和用于该LED发光元件的复合材料基板。以下，对LED 发光元件的制造进行记述，其中，还对复合材料基板的制造进行说明。在本发明的实施方式中，使用单晶生长基板、III-V族半导体晶体、复合材料基板制造LED发光元件。单晶生长基板需要由与外延生长的III-V族半导体晶体的晶格常数的差较小且缺陷较少的材料形成。从结晶性和均勻性的观点出发，通常加工单晶材料来进行使用。这些单晶生长基板需要能够经受使III-V族半导体晶体外延生长的工序中的温度、气氛。因此， 本发明所使用的单晶生长基板用的材料优选为选自单晶蓝宝石、单晶碳化硅、单晶GaAs、单晶Si的物质。而且，优选的是，用选自A1N、SiC、GaN、GaAs的材料对本发明所使用的单晶生长基板进行表面涂敷。从作为LED发光元件的转换效率的方面出发，构成LED的III-V族半导体晶体优选为GaN、GaAS、GaP中的任意一种。上述III-V族半导体晶体可获得较高的发光效率，可以根据用途对其进行区别使用。此外，可根据各用途的最佳发光波长对III-V族半导体晶体进行选择。在本发明的一种实施方式中，首先，在上述单晶生长基板的一个主面上以外延生长的方式使III-V族半导体晶体生长。III-V族半导体晶体的外延生长，优选通过有机金属化学气相沉积法(M0CVD法)或卤化物气相外延法(HVPE)法来进行。MOCVD法适合使结晶性良好的III-V族半导体晶体生长，HVPE法的结晶生长速度较快，可以高效地使III-V族半导体晶体生长。这些方法是公知的，实施条件可适当设定。但是外延生长的方法只要是可以使III-V族半导体晶体生长的方法即可，不限于上述的方法。为了进一步提高发光特性，可以对外延生长后的III-V族半导体晶体实施表面处理。此外，为了提高晶体表面的均勻性等，还可以对表面进行蚀刻处理或研磨处理。在本发明中，本发明的复合材料基板与外延生长后的III-V族半导体晶体的表面接合，但在进行接合之前，通过蒸镀法、溅射法等方法在III-V族半导体晶体的表面形成金属层。优选利用铟、铝、金、银或它们的合金来形成金属层。金属的线热膨胀系数与III-V族半导体晶体不同，因此如果金属层的厚度太大则将导致密合性降低，因而不理想。在金属层的热导率较低的情况下，从散热方面考虑，也不理想。因此，金属层的厚度优选为0.5-10 μ m，进一步优选为 0. 5-2 μ mo接着，为了与III-V族半导体晶体接合，在复合材料基板的要与III-V族半导体晶体进行接合的一侧的表面也同样地通过蒸镀法、溅射法等方法形成金属层。该金属层优选与III-V族半导体晶体的表面的金属层同样地使用铟、铝、金、银或它们的合金来形成。复合材料基板需要具备的特性有(1)具有能够承受接合的强度、以及( 接合面没有孔隙或异物等夹杂物，接合面平坦。为了满足(1)的条件，复合材料基板需要具备50MPa以上的3 点弯曲强度，优选为200MPa以上。为了满足O)的条件，要求复合材料基板的表面粗糙度 (Ra)为 0. 01-0. 5 μ m，优选为 0. 01-0. 2 μ m。在使III-V族半导体晶体与复合材料基板进行接合时，根据需要一边加压一边在接合面叠合的状态下进行加热。加热温度根据金属层的种类而不同，通常为250°C -5500C0 加压的压力通常为2-20MPa。由于复合材料基板要与III-V族半导体接合在一起进行使用，因此两种材料的线热膨胀系数的差较小是重要的条件。因此，优选复合材料基板在温度为25°C _150°C时的线热膨胀系数为4-9 X 10—7K。进一步优选为4-7 X 10—7K。复合材料基板在温度为25°C _150°C 时的线热膨胀系数超出4-9X 10_6/K的范围的情况下，存在接合后发生翘曲、或作为LED发光元件使用时发生接合层的剥离、或III-V族半导体晶体破裂的情况，因而不理想。本发明的复合材料基板是LED发光元件的基底基板。由于III-V族半导体元件所产生的大部分热量要通过该基板进行散热，因而该基板需要具备较高的散热特性。因此，优选复合材料基板在温度为25°C时的热导率为100-500W/mK，进一步优选为150-500W/mK。如果热导率小于100W/mK，则无法对III-V族半导体元件所产生的热量进行充分散热，特别是在需要通过高电流的高输出功率LED的情况下，元件的温度上升导致发光效率降低，从而降低元件寿命，因而不理想。另一方面，关于热导率的上限值，虽然在特性方面没有限制，但基板材料过于昂贵。此外，从散热性的方面出发，优选板厚比较薄的复合材料基板，但另一方面，由于需要具备可保持III-V族半导体元件并承受LED发光元件制备时的操作处理等的强度，因此需要一定的板厚。在一种实施方式中，复合材料基板的板厚优选为0. 05mm-0. 5mm，更优选为0. 05mm-0. 3mm。如果复合材料基板的板厚超过0. 5mm,则LED发光元件的散热特性降低， 因而不理想。本发明的复合材料基板与III-V族半导体晶体接合后，还可以根据需要通过研磨等方式进行薄化处理。在本发明中，通过金属层使III-V族半导体晶体与复合材料基板接合后，除去单晶生长基板。通常由单晶生长基板侧进行激光照射来除去单晶生长基板。除激光照射方式外，还可以通过研磨、蚀刻方式除去单晶生长基板。根据需要，对除去单晶生长基板后的 III-V族半导体晶体面进行表面研磨、蚀刻，在加工成所希望的表面形状后，通过蒸镀法、溅射法等方法形成电极。然后，通过激光切割或划片方式裁切为预定形状，从而制备LED发光元件。本发明的复合材料基板需要具备LED发光元件制造工艺中的耐化学特性，具体而言，在温度为25°C的5当量的HCl溶液中浸渍1分钟后的至少一个主面的单位面积的重量减少量及在温度为75°C的10当量的NaOH溶液中浸渍1分钟后的至少一个主面的单位面积的重量减少量分别优选为0. 2mg/cm2以下，进一步优选重量减少量为0. lmg/cm2以下。如果在温度为25°C的5当量的HCl溶液中浸渍1分钟后的单位面积的重量减少量及在温度为 75°C的10当量的NaOH溶液中浸渍1分钟后的单位面积的重量减少量分别超过0. 2mg/cm2, 复合材料中的金属成分的溶出将导致热导率等特性降低，并且在通过激光切割或划片方式裁切成预定形状时将产生碎屑，从而造成LED发光元件的成品率降低，因而不理想。在实际使用本发明的复合材料基板时，复合材料基板的一个主面通过金属层与III-V族半导体晶体接合，因此非接合面只要满足上述耐化学特性的要求即可。本发明的复合材料基板本身具有导电性。因此，可以在构成LED的III-V族半导体晶体的两面形成电极。在使用蓝宝石基板等绝缘材料作为基板的现有方法中，需要通过蚀刻等方法对上部的P型或η型III-V族半导体晶体进行局部去除并在同一表面侧形成电极。但在本发明中，由于不存在上述需要，因此可以使LED发光元件的制造工艺简化。而且，由于不需要通过蚀刻等方法对P型或η型的一方的III-V族半导体晶体进行局部去除， 因此可以使LED发光元件的单位面积的发光量增加。本发明的复合材料的体积电阻率优选为10_9-10_5Ω ·πι。如果体积电阻率超过10_5 Ω ·πι，则导致发光效率的降低等，因而不理想。 体积电阻率的下限值在特性方面没有限制，但从材料组成方面出发通常为10_9Ω ·πι以上。以下对具有上述特性的复合材料基板的制备方法进行说明。复合材料基板所使用的复合材料的制备方法大致分为浸渗法和粉末冶金法2种。 其中，从热导率等特性方面出发，实际商品化时采用浸渗法。浸渗法包括各种制备方法，有常压下进行的方法和高压下进行的方法(高压锻造法)。高压锻造法包括液态模锻法和压铸法。适于本发明的方法为高压下进行浸渗的高压锻造法，为了得到热导率等特性优良的致密的复合体而优选液态模锻法。液态模锻法是指在高压容器内装填陶瓷粉末或成型体， 然后在高温、高压下使铝合金等的熔液浸渗到陶瓷粉末或成型体中从而得到复合材料的方法。因此，在本发明的一种实施方式中，复合材料通过液态模锻法进行制造。作为原料的陶瓷，需要使用热导率较高、线热膨胀系数较小的材料。因此，在本发明中，使用选自碳化硅、氮化铝、氮化硅、金刚石、石墨、氧化钇及氧化镁中的1种以上。可以通过使铝合金或纯铝浸渗到上述陶瓷中进行复合化，由此将本发明的复合材料的热导率和线热膨胀系数调整至上述范围。在一种实施方式中，复合材料含有50-90体积％的上述陶瓷，且余量由铝合金或纯铝构成。陶瓷的含量优选为70-85体积％。如果陶瓷的含量小于50体积％，则所得复合材料的线热膨胀系数增大，作为LED发光元件用的基板材料不理想。另一方面，如果陶瓷的含量超过90体积％，则复合化时无法使铝合金或纯铝充分浸渗，其结果是热导率降低， 因而不理想。
陶瓷可以以粉末的状态进行复合化，但优选下述方式使用无机粘合剂制备成型体，或者，进行烧结处理来制备具有10-50体积％的气孔率的多孔体(以下，称为预制体) 并进行复合化。上述预制体的气孔率的调整通过原料粉末的粒度调整、成型压力、烧结条件等来进行。预制体的成型方法可采用冲压成型、浇铸成型等普通的陶瓷粉末成型方法。 此外，根据需要将预制体加工成平板状或圆柱状后使用。而且，在本发明的一种实施方式中，由于所需加工的最终形状是板厚为0. 05mm-0. 5mm的板状，因此优选采用3点弯曲强度为50MPa以上的预制体。如果预制体的强度较低，则通过磨削加工等方式加工成板厚为 0. 05mm-0. 5mm的板状时可能发生翘曲。通过涂布有脱模剂的夹具等对预制体进行固定后将多个预制体层叠并通过螺栓-螺母等连结而制成层叠体。固定预制体的夹具，可以使用铁制或石墨制的夹具。此外， 也可使各夹具以夹持涂布有脱模剂的脱模板的方式进行层叠从而形成层叠体。作为脱模板，可以使用不锈钢板或陶瓷板，只要是在采用液态模锻法的情况下不会被铝合金浸渗的致密体就不受限制。此外，关于涂布于夹具或脱模板的脱模剂，可以使用石墨、氮化硼、氧化铝等的脱模剂。而且，优选在用氧化铝溶胶等涂敷夹具或脱模板表面后涂布脱模剂。在约600°C -约800°C的温度下加热所得的层叠体后，在高压容器内配置1个或2 个以上所述层叠体，为防止层叠体的温度降低而尽可能快速地供给已加热至熔点以上的铝合金熔液，并以30MPa以上的压力加压，使铝合金在预制体的空隙中浸渗，由此得到复合材料。为了除去浸渗时的应变，也可以对浸渗品进行退火处理。如果层叠体的加热温度低于600°C的温度，则铝合金的复合化变得不充分，所得复合材料的热导率等特性降低。此外，如果加热温度超过800°C，则与铝合金复合化时陶瓷粉末的表面发生氧化，所得复合材料的热导率等特性降低。而且，关于浸渗时的压力，如果低于30MPa，则铝合金的复合化变得不充分，所得复合材料的热导率等特性降低，因而不理想。 浸渗压力优选为50MPa以上。本发明的复合材料基板所使用的复合材料中的铝合金可以采用本领域所使用的任意的铝合金，但在一种实施方式中，优选使用含有70质量％以上铝的铝合金。如果铝含量低于70质量％，则铝合金的热导率降低，因而不理想。此外，为了在浸渗时使铝合金在预制体的空隙内充分浸渗，优选具有尽可能低的熔点。作为这种铝合金，可以列举例如含有 5-25质量％硅的铝合金。而且，如果含有0. 3-2. 0质量％的镁，则陶瓷与金属部分的结合更加坚固，因而优选。关于铝合金中的铝、硅、镁之外的金属成分，只要在特性不极端变化的范围内就不受特别限制，例如，可以含有铜等。下面，对所得复合材料的加工方法的例子进行说明。所得复合材料为圆柱状时，通过外圆磨床等并使用金刚石磨石按照预定尺寸进行外形加工，之后，通过多线切割机、内圆切割机等裁切加工成比最终形状厚约0. 1-约0.5mm的板厚。裁切方法没有特殊限制，但优选裁切所需余量少且适合量产的多线切割机。在利用多线切割机进行裁切时可以通过游离磨粒型及附着有金刚石等的磨削材料的线进行加工。通过双面磨床、旋转磨床、平面磨床、 精研机等加工机对裁切加工后的板状的复合材料进行表面加工，使得板厚为0. 05-0. 5mm, 且表面粗糙度(Ra)为0.01-0. 5 μ m。在进行表面加工时，为了进一步减小表面粗糙度，可以在通过双面磨床、旋转磨床、平面磨床等进行表面加工后进一步通过精研机进行最终加工。 此外，在LED发光元件的制造工序中，在本发明的复合材料基板与III-V族半导体晶体接合后进行研磨加工时，可以只对复合材料基板的单面(接合面)进行表面加工并使其达到预定的表面粗糙度。在所得的复合材料为板状的情况下，通过双面磨床、旋转磨床、平面磨床、精研机等加工机进行表面加工，使得板厚为0. 05-0. 5mm,且表面粗糙度(Ra)为0. 01-0. 5 μ m之后，通过水射流加工机、放电加工机、激光加工机、划片机、外圆磨床等按照预定形状进行外周加工。在所得复合材料为板状的情况下，还可以先通过水射流加工机、放电加工机、激光加工机、划片机、外圆磨床等按照预定形状进行外周加工之后，通过双面磨床、旋转磨床、 平面磨床、精研机等加工机进行表面加工，使得板厚为0.05-0. 5mm，且表面粗糙度(Ra)为 0. 01-0. 5 μ m。然后，对如上加工为预定的板厚、表面粗糙度的板状的复合材料体的表面进行清洗之后，在表面形成厚度为0. 5-15 μ m的金属层，该金属层含有选自Ni、Co、Pd、Cu、Ag、Au、 Pt、Sn的1种以上的金属。如果金属层厚度为0. 5μπι以下，则金属层产生针孔，耐化学性降低，因而不理想。另一方面，如果金属层厚度超过15 μ m,那么金属层与复合材料之间的热膨胀差将引起金属层剥离，或者所得的形成有金属层的复合材料的线热膨胀系数增大，因而不理想。关于金属层厚度，更优选为2-10 μ m。金属层的材质可以采用含有选自Ni、Co、 Pd、Cu、Ag、Au、Pt、Sn的1种以上的金属，也可以使用它们的复合金属。此外，金属层也可以含有P、B等非金属元素。作为金属层的形成方法，通常通过非电解镀敷或电解镀敷来进行。也可以通过镀敷之外的蒸镀法等方法在板状的复合材料体的表面包覆上述金属。此外，还可以通过下述方式形成金属层，即通过蜡、粘接剂等使2张板状的复合材料体贴合在一起，清洗表面后，通过非电解镀敷或电解镀敷，在表面形成厚度为 0. 5-15 μ m的金属层，然后除去蜡、粘接剂等，从而在板状的复合材料体的一个主面和侧面形成金属层，所述金属层含有选自Ni、Co、Pd、Cu、Ag、Au、Pt、Sn的1种以上的金属。另外，还可以通过下述方式形成金属层，即通过有机片材或保护层包覆板状的复合材料体的一个主面后，清洗表面之后，通过非电解镀敷或电解镀敷在表面形成厚度为 0. 5-15 μ m的金属层，然后除去包覆层，从而在板状的复合材料体的一个主面和侧面形成金属层，所述金属层含有选自Ni、Co、Pd、Cu、Ag、Au、Pt、Sn的1种以上的金属。此外，也可以对复合材料进行外周加工及裁切等处理而形成板状，制成板厚为 0.05-0. 5mm、表面粗糙度(Ra)为0. 01-0. 2 μ m的复合材料体后，清洗表面之后，通过非电解镀敷或电解镀敷在表面形成厚度为0. 5-15 μ m的含有选自Ni、Co、Pd、Cu、Ag、Au、Pt、Sn 的1种以上金属的金属层。然后，通过精研机等对一个主面进行表面加工，使得表面粗糙度 (Ra)为 0. 01-0. 5 μ m。以下，通过实施例对本发明进行详细说明，但本发明不受下述实施例的限定。实施例(实施例1)<用于LED发光元件的复合材料基板的制备>称取ISOOg的碳化硅(以下，也称为SiC)粉末A (太平洋蓝登株式会社公司(太平洋，> 夕‘Λ社)制、NG-60、平均粒径200 μ m)、900g的碳化硅粉末B (太平洋蓝登株式会社制、NG-600、平均粒径20 μ m)、300g的碳化硅粉末C (太平洋蓝登株式会社制、NG-6000、 平均粒径2 μ m)及150g的成型粘合剂(甲基纤维素、信越化学工业株式会社(信越化学工業社)制、“MET0L0SE”)，通过搅拌混合机混合30分钟后，以IOMPa的表面压力冲压成型为 Φ55πιπιΧ IlOmm的尺寸的圆柱状之后，以IOOMPa的成型压力进行CIP成型从而制备出成型体。在大气气氛中、在600°C的温度下对所得成型体进行2小时脱脂处理之后，在氩气气氛中，在2100°C的温度下进行2小时烧结，制成气孔率为20%的SiC预制体。通过加工中心使用金刚石制的磨石，将所得的SiC预制体加工成外形尺寸为c5 52mmX100mm的形状。 然后，通过磨削加工制成3点弯曲强度测定用试验体(3mmX4mmX40mm)，测定3点弯曲强度。测得3点弯曲强度为120MPa。将氮化硼脱模剂涂布于所得SiC预制体，插入外形尺寸为70mmX70mmX 100mm(内径尺寸Φ52.5_Χ100_)的筒状的石墨夹具而形成结构体。然后，将石墨脱模材料涂布于70mmX IOOmmX 0. 8mmt的不锈钢板来制备脱模板，将4个结构体以夹持脱模板的方式层叠在一起，形成140. 8mmX 140. 8mmX IOOmm的形状，在两侧配置12mm厚的铁板，通过8根 MlO的螺栓连结而形成一个层叠体。然后，通过电炉将层叠体预加热至700°C的温度后，将其收纳于预先加热的内径0400mmX300mmH的冲压模具内，再注入含有12质量％的硅和1 质量％的镁的铝合金熔液(温度800°C )，以IOOMPa的压力加压25分钟使铝合金浸渗到 SiC预制体中。冷却至室温后，通过湿式带锯机沿脱模板的形状进行裁切，剥离脱模板，通过车床除去石墨夹具部分，从而得到Φ52πιπιΧ100πιπι形状的复合材料。为了除去浸渗时的应变，在530°C的温度下对所得复合材料进行3小时退火处理。然后，通过磨削加工由所得复合材料制备热膨胀系数测定用试验体(直径 3mm、长度10mm)、热导率测定用试验体(25mmX 25mmX Imm)、3点弯曲强度测定用试验体 (3mmX4mmX40mm)、体积电阻率测定用试验体(50mmX50mmX5mm)。使用各试验体，通过热膨胀仪(精工电子工业株式会社(七^ 二一電子工業社)制；TMA300)测定温度为 25 V -150°C时的热膨胀系数，通过激光闪光法(株式会社爱发科(7 ^ 々社)制； TC3000)测定温度为25°C时的热导率，通过弯曲强度试验机测定3点弯曲强度，通过四端子法(根据JIS R1637)测定体积电阻率。其结果是，温度为25°c-150°c时的热膨胀系数为4. 9X 10—7K，温度为25°C时的热导率为250W/mK，3点弯曲强度为350MPa，体积电阻率为 8Χ1(Γ7Ω · m。通过外圆磨床并使用金刚石的磨石对复合材进行外周加工而形成 Φ50. SmmXlOOmm的圆柱状。通过多线切割机并使用金刚石磨粒以0. 2mm/分钟的切入速度对所得的圆柱状复合材料进行裁切加工而形成板厚0. 2mm的圆板状。通过双面磨床并使用#600的金刚石磨石将圆板状的复合材料磨削加工至板厚0. 12mm之后，通过精研机并使用金刚石磨粒研磨加工至板厚0. Imm之后，在纯水中进行超声波清洗，然后在异丙醇中进行超声波清洗，再进行干燥而制备出复合材料体。通过表面粗糙度仪测定表面粗糙度(Ra)， 结果是Ra为0. 04 μ m。然后，对上述复合材料体进行非电解M-P镀敷及非电解M-B镀敷，在复合材料的表面形成5μπι厚(Ni-P :4ym+Ni-B :lym)的镀层(金属层)从而制备出复合材料基板。 所得复合材料基板的特性值如下算出通过体积比例并按照复合标准由镀层金属的物性值和镀敷前的复合材料体的物性值进行计算。将结果示于表1。此外，将镀敷后的复合材料基板在温度为25°C的5当量的HCl溶液及温度为75°C的10当量的NaOH溶液中分别浸渍1分钟后，测定由各处理引起的单位面积的重量减少量。然后，通过表面粗糙度仪测定镀敷后的复合材料基板的表面粗糙度(Ra)。将结果示于表2。[表 1]
权利要求
1.用于LED发光元件的复合材料基板，其特征在于，所述复合材料基板通过在多孔体中浸渗铝合金或纯铝并加工成具有预定的板厚及表面粗糙度的复合材料体后在该复合材料体的表面形成厚度为0. 5-15 μ m的金属层而制成，所述多孔体由选自碳化硅、氮化铝、氮化硅、金刚石、石墨、氧化钇及氧化镁的1种以上的物质形成且气孔率为10-50体积％，所述金属层含有选自Ni、Co、Pd、Cu、Ag、Au、Pt、Sn的1种以上的金属。
2.如权利要求1所述的复合材料基板，其特征在于，所述多孔体具有50MPa以上的3点弯曲强度，其通过液态模锻法在30MPa以上的浸渗压力下被所述铝合金或纯铝浸渗。
3.如权利要求1或2所述的复合材料基板，其特征在于，所述复合材料体的板厚为 0. 05-0. 5mm,表面粗糙度(Ra)为 0. 01-0. 5 μ m。
4.如权利要求1或2所述的复合材料基板，其特征在于，所述复合材料体的板厚为 0. 05-0. 5mm、表面粗糙度(Ra)为0. 01-2 μ m,且形成了所述金属层的一面被加工成表面粗糙度(Ra)为 0. 01-0. 5 μ m。
5.如权利要求1或2所述的复合材料基板，其特征在于，温度为25°C时的热导率为 100-500W/mK，温度为25°C _150°C时的线热膨胀系数为4X 10_6/K-9X 10_6/K，3点弯曲强度为50MPa以上，体积电阻率为1 (Γ9-1(Γ5 Ω · m。
6.如权利要求5所述的复合材料基板，其特征在于，板厚为0.05mm-0. 5mm,至少一个主面的表面粗糙度(Ra)为0.01-0. 5 μ m，在温度为25°C的5当量的HCl溶液中浸渍1分钟后的至少一个主面的重量减少量及在温度为75°C的10当量的NaOH溶液中分别浸渍1分钟后的至少一个主面的重量减少量分别为0. 2mg/cm2以下。
7.用于LED发光元件的复合材料基板的制造方法，其特征在于，具有以下工序(a)准备多孔体，所述多孔体由选自碳化硅、氮化铝、氮化硅、金刚石、石墨、氧化钇及氧化镁的1种以上物质形成，且气孔率为10-50体积％ ；(b)在所述多孔体中浸渗铝或纯铝并加工成具有预定的板厚及表面粗糙度的复合材料体；(c)在所述复合材料体的表面形成厚度为0.5-15 μ m的金属层，所述金属层含有选自 Ni、Co、Pd、Cu、Ag、Au、Pt、Sn 的 1 种以上的金属。
8.如权利要求7所述的制造方法，其特征在于，在工序(a)中，所述多孔体具有50MPa 以上的3点弯曲强度；在所述工序(b)中，通过液态模锻法在30MPa以上的浸渗压力下，在所述多孔体中浸渗所述铝合金或纯铝。
9.如权利要求7所述的制造方法，其特征在于，在工序(b)中，使复合材料体的板厚为 0. 05-0. 5mm,使表面粗糙度(Ra)为 0. 01-0. 5 μ m。
10.如权利要求7所述的制造方法，其特征在于，在工序(b)中，使复合材料体的板厚为 0. 05-0. 5mm，使表面粗糙度(Ra)为0. 01_2μπι ；在工序(c)中，将复合材料体的形成了金属层的一面加工成表面粗糙度(Ra)为0. 01-0. 5 μ m。
11.LED发光元件的制造方法，其特征在于，具有以下工序(1)使III-V族半导体晶体在圆板状或平板状的单晶生长基板的一个主面上外延生长；(2)通过金属层将权利要求1-6中任一项所述的用于LED发光元件的复合材料基板接合于所述III-V族半导体晶体的表面之后，通过激光照射、蚀刻、磨削中的任一种方法除去所述单晶生长基板；(3)对所述III-V族半导体晶体的除去了所述单晶生长基板的一侧的表面进行加工并形成电极后，进行裁切加工。
12.如权利要求11所述的LED发光元件的制造方法，其特征在于，单晶生长基板由选自单晶蓝宝石、单晶碳化硅、单晶GaAs、单晶Si的材料制备。
13.如权利要求11或12所述的LED发光元件的制造方法，其特征在于，用选自A1N、 SiC、GaN, GaAs的材料对单晶生长基板进行表面涂敷。
14.如权利要求11-13中任一项所述的LED发光元件的制造方法，其特征在于，III-V 族半导体晶体为GaN、GaAs、GaP中的任意一种。
15.LED发光元件，其特征在于，能够通过权利要求11-14中任一项所述的LED发光元件的制造方法得到。
全文摘要
本发明提供与构成LED的III-V族半导体晶体的线热膨胀系数差较小且导热性优良，适合作为高功率LED使用的LED发光元件用基板。如下制备LED发光元件用复合材料基板通过液态模锻法、以30MPa以上的浸渗压力使铝合金或纯铝浸渗多孔体，裁切和/或磨削加工成板厚为0.05-0.5mm、表面粗糙度(Ra)为0.01-0.5μm后，在表面形成含有选自Ni、Co、Pd、Cu、Ag、Au、Pt、Sn中的1种以上的金属的金属层，使得金属层厚度达到0.5-15μm，所述多孔体由选自碳化硅、氮化铝、氮化硅、金刚石、石墨、氧化钇及氧化镁中的1种以上形成，气孔率为10-50体积％，3点弯曲强度为50MPa以上。
文档编号C23C30/00GK102318093SQ201080007859
公开日2012年1月11日 申请日期2010年2月10日 优先权日2009年2月13日
发明者塚本秀雄, 广津留秀树, 石原庸介 申请人:电气化学工业株式会社