JP2001348275A - ＡｌＮ基板およびそれを用いたレーザーダイオード素子 - Google Patents
ＡｌＮ基板およびそれを用いたレーザーダイオード素子Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】高い熱伝導率を保持し、かつ、研磨加工性を向
上させたＡｌＮ基板およびそれを用いたレーザーダイオ
ード素子を得る。 【解決手段】任意の一辺が１０μｍの正方形１００μｍ
２の領域内に存在するＡｌＮ結晶粒子数が５以上であ
り、この領域内に入る粒界の総長さが１００μｍ以下で
あることを特徴とする。
上させたＡｌＮ基板およびそれを用いたレーザーダイオ
ード素子を得る。 【解決手段】任意の一辺が１０μｍの正方形１００μｍ
２の領域内に存在するＡｌＮ結晶粒子数が５以上であ
り、この領域内に入る粒界の総長さが１００μｍ以下で
あることを特徴とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、窒化アルミニウム
（ＡｌＮ）基板およびそれを用いたレーザダイオード素
子に関するものであり、特に、窒化アルミニウム基板の
研磨加工性を向上させたものである。
（ＡｌＮ）基板およびそれを用いたレーザダイオード素
子に関するものであり、特に、窒化アルミニウム基板の
研磨加工性を向上させたものである。
【０００２】
【従来の技術】窒化アルミニウムは、高い熱伝導率を有
し、電気絶縁性が良く、Ｓｉとほぼ同じ熱膨張率を有す
るなどの優れた性質を持つ。このため、窒化アルミニウ
ム基板は、産業用パワーエレクトロニクスや車載用パワ
ーエレクトロニクスといった分野の製品として広く適用
されている。
し、電気絶縁性が良く、Ｓｉとほぼ同じ熱膨張率を有す
るなどの優れた性質を持つ。このため、窒化アルミニウ
ム基板は、産業用パワーエレクトロニクスや車載用パワ
ーエレクトロニクスといった分野の製品として広く適用
されている。
【０００３】近年、窒化アルミニウム基板が情報通信市
場へも普及され始めており、交換機やモバイル機器、Ｄ
ＶＤ機器等への搭載が着実に行なわれている。特に、Ｄ
ＶＤ機器等の素子基板として適用される場合、基板表面
にＴｉ、Ｎｉ、Ａｕ等の薄膜形成を行う必要がある。
場へも普及され始めており、交換機やモバイル機器、Ｄ
ＶＤ機器等への搭載が着実に行なわれている。特に、Ｄ
ＶＤ機器等の素子基板として適用される場合、基板表面
にＴｉ、Ｎｉ、Ａｕ等の薄膜形成を行う必要がある。
【０００４】基板と、この基板表面に形成する薄膜との
密着力が弱いと、薄膜が剥離してしまうなどの問題があ
るため、薄膜形成前に基板表面を研磨加工する必要があ
る。しかしながら、研磨加工時に基板の研磨加工性が悪
いと、脱粒が生じてしまう等の問題を有し、生産効率が
低下していた。従って、基板の脱粒を防止し研磨加工性
を向上させるため、結晶粒を小さくし、かつ粒界中の焼
結助剤からなる偏析を無くし粒界を強固とすることが要
求されている。
密着力が弱いと、薄膜が剥離してしまうなどの問題があ
るため、薄膜形成前に基板表面を研磨加工する必要があ
る。しかしながら、研磨加工時に基板の研磨加工性が悪
いと、脱粒が生じてしまう等の問題を有し、生産効率が
低下していた。従って、基板の脱粒を防止し研磨加工性
を向上させるため、結晶粒を小さくし、かつ粒界中の焼
結助剤からなる偏析を無くし粒界を強固とすることが要
求されている。
【０００５】一方、ＡｌＮ基板はより一層優れた高い熱
伝導性が要求されている。このため、従来、ＡｌＮ基板
の熱伝導性を高めるため、焼結助剤を微量として粒界を
極力少なくする方法がとられている。また、粒界を含め
たＡｌＮ結晶以外の不純物成分を極力無くすことも必要
とされる。
伝導性が要求されている。このため、従来、ＡｌＮ基板
の熱伝導性を高めるため、焼結助剤を微量として粒界を
極力少なくする方法がとられている。また、粒界を含め
たＡｌＮ結晶以外の不純物成分を極力無くすことも必要
とされる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、焼結助
剤の添加量を微量にすると、焼結温度を著しく高くする
必要があり、焼結温度を高くすることで過度の粒成長や
粒界強度低下が生じ、焼結後に研磨加工を施すと脱粒が
生じ易くなり、基板表面に薄膜形成する際、安定した薄
膜形成ができなくなる等の問題を有していた。
剤の添加量を微量にすると、焼結温度を著しく高くする
必要があり、焼結温度を高くすることで過度の粒成長や
粒界強度低下が生じ、焼結後に研磨加工を施すと脱粒が
生じ易くなり、基板表面に薄膜形成する際、安定した薄
膜形成ができなくなる等の問題を有していた。
【０００７】一方、液相焼結の結果得られるＡｌＮ基板
は、その強度向上（研磨加工に対する耐脱粒性含む）に
対しては適度の粒界層相成分が必要であり、商業上使用
するＡｌＮ基板はこれら相反する二つの事象を満足する
窒化アルミニウム基板が必要とされていた。
は、その強度向上（研磨加工に対する耐脱粒性含む）に
対しては適度の粒界層相成分が必要であり、商業上使用
するＡｌＮ基板はこれら相反する二つの事象を満足する
窒化アルミニウム基板が必要とされていた。
【０００８】本発明は、このような問題を解決するため
になされたものであり、高い熱伝導率を保持し、かつ、
研磨性を向上させたＡｌＮ基板およびそれを用いたレー
ザーダイオード素子を得ることを目的とする。
になされたものであり、高い熱伝導率を保持し、かつ、
研磨性を向上させたＡｌＮ基板およびそれを用いたレー
ザーダイオード素子を得ることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、高熱伝導
と良好な薄膜を形成するための前処理である研磨加工性
良好な表面性状を有するという相反する二つの問題を同
時に解決するため種々研究した結果、焼結粒の単位面積
に占める結晶粒子数とそれを取り巻く粒界の長さを制御
することが有効であることを見い出し、本発明に至った
ものである。
と良好な薄膜を形成するための前処理である研磨加工性
良好な表面性状を有するという相反する二つの問題を同
時に解決するため種々研究した結果、焼結粒の単位面積
に占める結晶粒子数とそれを取り巻く粒界の長さを制御
することが有効であることを見い出し、本発明に至った
ものである。
【００１０】すなわち、請求項１記載のＡｌＮ基板は、
任意の一辺が１０μｍの正方形１００μｍ２の領域内に
存在するＡｌＮ結晶粒子数が５以上であり、この領域内
に入る粒界の総長さが１００μｍ以下であることを特徴
とする。
任意の一辺が１０μｍの正方形１００μｍ２の領域内に
存在するＡｌＮ結晶粒子数が５以上であり、この領域内
に入る粒界の総長さが１００μｍ以下であることを特徴
とする。
【００１１】請求項２記載の発明は、該１００μｍ２の
領域内に存在するＡｌＮ結晶粒子数が５以上１０以下で
あることを特徴とする請求項１記載のＡｌＮ基板であ
る。
領域内に存在するＡｌＮ結晶粒子数が５以上１０以下で
あることを特徴とする請求項１記載のＡｌＮ基板であ
る。
【００１２】請求項３記載の発明は、表面粗さＲａが
０．０５μｍのとき、任意の一辺が１００μｍの正方形
１００００μｍ２の領域内に存在する脱粒痕の数が１０
個以下であることを特徴とする請求項１または請求項２
に記載のＡｌＮ基板である。
０．０５μｍのとき、任意の一辺が１００μｍの正方形
１００００μｍ２の領域内に存在する脱粒痕の数が１０
個以下であることを特徴とする請求項１または請求項２
に記載のＡｌＮ基板である。
【００１３】請求項４記載の発明は、熱伝導率が１８０
Ｗ／（ｍ・ｋ）以上であることを特徴とする請求項１な
いし３のいずれかに記載のＡｌＮ基板である。
Ｗ／（ｍ・ｋ）以上であることを特徴とする請求項１な
いし３のいずれかに記載のＡｌＮ基板である。
【００１４】請求項５記載の発明は、ＡｌＮ基板表面に
薄膜が形成されたことを特徴とする請求項１ないし４の
いずれかに記載のＡｌＮ基板である。
薄膜が形成されたことを特徴とする請求項１ないし４の
いずれかに記載のＡｌＮ基板である。
【００１５】本発明によれば、研磨時に脱粒し難いた
め、研磨加工性が向上してＡｌＮ基板表面への薄膜形成
が容易となる。
め、研磨加工性が向上してＡｌＮ基板表面への薄膜形成
が容易となる。
【００１６】請求項６記載の発明は、ＡｌＮ基板は光通
信機器に用いる素子搭載用基板として適用されることを
特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載のＡｌＮ
基板である。
信機器に用いる素子搭載用基板として適用されることを
特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載のＡｌＮ
基板である。
【００１７】請求項７記載のレーザーダイオード素子
は、任意の一辺が１０μｍの正方形１００μｍ２の領域
内に存在するＡｌＮ結晶粒子数が５以上であり、この領
域内に入る粒界の総長さが１００μｍ以下であるＡｌＮ
基板上にレーザーダイオードを搭載したことを特徴とす
る。
は、任意の一辺が１０μｍの正方形１００μｍ２の領域
内に存在するＡｌＮ結晶粒子数が５以上であり、この領
域内に入る粒界の総長さが１００μｍ以下であるＡｌＮ
基板上にレーザーダイオードを搭載したことを特徴とす
る。
【００１８】本発明によれば、一辺が１０μｍである正
方形１００μｍ２当たりの結晶粒子数を５以上とし、こ
の面積中の粒界の総長さを１００μｍ以下とすることに
より、ＡｌＮ基板表面に薄膜形成できるため、レーザダ
イオードをはじめとする通信機器関係の薄膜基板の優れ
たパフォーマンスを得ることができる。
方形１００μｍ２当たりの結晶粒子数を５以上とし、こ
の面積中の粒界の総長さを１００μｍ以下とすることに
より、ＡｌＮ基板表面に薄膜形成できるため、レーザダ
イオードをはじめとする通信機器関係の薄膜基板の優れ
たパフォーマンスを得ることができる。
【００１９】請求項８記載の発明は、ＡｌＮ基板上に薄
膜を介してレーザーダイオードを搭載したことを特徴と
する請求項７記載のレーザーダイオード素子である。
膜を介してレーザーダイオードを搭載したことを特徴と
する請求項７記載のレーザーダイオード素子である。
【００２０】請求項９記載の発明は、レーザー発振の減
衰率が１０％以下であることを特徴とする請求項７また
は８に記載のレーザーダイオード素子である。
衰率が１０％以下であることを特徴とする請求項７また
は８に記載のレーザーダイオード素子である。
【００２１】
【発明の実施の形態】まず、本発明では、ＡｌＮ基板に
おいて、任意の、一辺が１０μｍの正方形１００μｍ２
の領域内に存在するＡｌＮ結晶粒子数を５以上としてい
る。この数字が５未満、つまりは４以下であるとＡｌＮ
結晶粒子に過度の粒成長（異常粒成長）を伴ったものが
存在することになる。異常粒成長を伴ったＡｌＮ基板は
熱伝導率が高くなるものの、ＡｌＮ粒子が必要以上に大
きいため表面研磨の際に脱粒が起き易くなる。一方、該
領域内のＡｌＮ粒子数があまり大きすぎるとＡｌＮ粒子
のサイズが小さくなるため熱伝導率が１８０Ｗ／ｍ・ｋ
未満になり易い。従って、好ましいＡｌＮ結晶粒子数は
５以上１０以下となる。
おいて、任意の、一辺が１０μｍの正方形１００μｍ２
の領域内に存在するＡｌＮ結晶粒子数を５以上としてい
る。この数字が５未満、つまりは４以下であるとＡｌＮ
結晶粒子に過度の粒成長（異常粒成長）を伴ったものが
存在することになる。異常粒成長を伴ったＡｌＮ基板は
熱伝導率が高くなるものの、ＡｌＮ粒子が必要以上に大
きいため表面研磨の際に脱粒が起き易くなる。一方、該
領域内のＡｌＮ粒子数があまり大きすぎるとＡｌＮ粒子
のサイズが小さくなるため熱伝導率が１８０Ｗ／ｍ・ｋ
未満になり易い。従って、好ましいＡｌＮ結晶粒子数は
５以上１０以下となる。
【００２２】次に、本発明では該領域内に入る粒界の総
長さを１００μｍ以下にしている。粒界の総長さが１０
０μｍを超えると粒界量が多すぎるため熱伝導率が低下
し易い。一方、粒界の総長さが少ないと確かに熱伝導率
は向上するが、ＡｌＮ結晶粒子の結合力が落ちるため脱
粒が起き易くなってしまう。従って、該領域内における
粒界の総長さの好ましい範囲は３０μｍ以上１００μｍ
以下である。
長さを１００μｍ以下にしている。粒界の総長さが１０
０μｍを超えると粒界量が多すぎるため熱伝導率が低下
し易い。一方、粒界の総長さが少ないと確かに熱伝導率
は向上するが、ＡｌＮ結晶粒子の結合力が落ちるため脱
粒が起き易くなってしまう。従って、該領域内における
粒界の総長さの好ましい範囲は３０μｍ以上１００μｍ
以下である。
【００２３】このような構成を具備するＡｌＮ基板であ
れば表面研磨の際の脱粒を防ぎ、かつ熱伝導率を１８０
Ｗ／ｍ・ｋ以上と高熱伝導率を為し得ることが可能であ
る。
れば表面研磨の際の脱粒を防ぎ、かつ熱伝導率を１８０
Ｗ／ｍ・ｋ以上と高熱伝導率を為し得ることが可能であ
る。
【００２４】なお、本発明におけるＡｌＮ結晶粒子数お
よび粒界の総長さの測定については、任意の一辺が１０
μｍの正方形１００μｍ２の領域を使用している。この
領域については任意であることからＡｌＮ基板の表面ま
たは断面であっても特に問題はない。
よび粒界の総長さの測定については、任意の一辺が１０
μｍの正方形１００μｍ２の領域を使用している。この
領域については任意であることからＡｌＮ基板の表面ま
たは断面であっても特に問題はない。
【００２５】また、本発明では、ＡｌＮ基板の表面粗さ
Ｒａが０．０５μｍのとき、任意の一辺が１００μｍの
正方形１００００μｍ２の領域内に存在する脱粒痕の数
が１０個以下であることを特徴としている。ＡｌＮ基板
にレーザダイオードなどのレーザ発振素子を搭載する際
は、表面粗さＲａが０．０５μｍ以下程度まで鏡面加工
された後、後述するように金属薄膜を設けた後ろう付け
によりレーザダイオードを取付けることになる。このと
き、レーザダイオード取付面に脱粒痕が１０個を超えて
存在すると薄膜を均一な膜厚に形成し難く、剥離の原因
となりやすい。なお、本発明の脱粒痕とは、ＡｌＮ結晶
粒子の脱粒並びに焼結助剤成分を主とする偏析粒子の脱
粒した痕を含むものである。
Ｒａが０．０５μｍのとき、任意の一辺が１００μｍの
正方形１００００μｍ２の領域内に存在する脱粒痕の数
が１０個以下であることを特徴としている。ＡｌＮ基板
にレーザダイオードなどのレーザ発振素子を搭載する際
は、表面粗さＲａが０．０５μｍ以下程度まで鏡面加工
された後、後述するように金属薄膜を設けた後ろう付け
によりレーザダイオードを取付けることになる。このと
き、レーザダイオード取付面に脱粒痕が１０個を超えて
存在すると薄膜を均一な膜厚に形成し難く、剥離の原因
となりやすい。なお、本発明の脱粒痕とは、ＡｌＮ結晶
粒子の脱粒並びに焼結助剤成分を主とする偏析粒子の脱
粒した痕を含むものである。
【００２６】本発明のＡｌＮ基板はレーザダイオードを
搭載する際に、薄膜を介してＡｌＮ基板上に搭載する形
態に好適である。この薄膜は、特に限定されるものでは
ないが、Ｔｉ、Ｎｉ、Ａｕ、Ｃｕなどの金属成分もしく
はこれら金属成分を含む合金からなる金属薄膜であるこ
とが望ましい。また、薄膜はスパッタ法、ＣＶＤ法、メ
ッキ法など様々な方法で形成可能であり、膜厚について
も１００μｍ以下で適宜選定可能である。
搭載する際に、薄膜を介してＡｌＮ基板上に搭載する形
態に好適である。この薄膜は、特に限定されるものでは
ないが、Ｔｉ、Ｎｉ、Ａｕ、Ｃｕなどの金属成分もしく
はこれら金属成分を含む合金からなる金属薄膜であるこ
とが望ましい。また、薄膜はスパッタ法、ＣＶＤ法、メ
ッキ法など様々な方法で形成可能であり、膜厚について
も１００μｍ以下で適宜選定可能である。
【００２７】次に材料組成について説明する。ＡｌＮ基
板の組成としては、ＡｌＮを主成分としていれば特に限
定されるものではないが、焼結助剤としてイットリア
（Ｙ２Ｏ３）などの希土類化合物を８重量部以下、さら
には５重量部以下含有させるものが好ましい。
板の組成としては、ＡｌＮを主成分としていれば特に限
定されるものではないが、焼結助剤としてイットリア
（Ｙ２Ｏ３）などの希土類化合物を８重量部以下、さら
には５重量部以下含有させるものが好ましい。
【００２８】その他の成分としては、遷移金属などの各
種成分が適用可能であるが、例えば、Ｓｉ化合物を０．
２重量部以下、さらには０．０５重量部以下含有させる
ことが好ましい。Ｓｉ化合物としては酸化けい素（Ｓｉ
Ｏ２）、窒化けい素（Ｓｉ３Ｎ４）など各種Ｓｉ化合物
を使用可能であり、Ｓｉ単体で添加してもよい。また、
Ｓｉ化合物はＡｌＮ原料粉末または焼結助剤の不純物を
そのまま利用しても問題はない。このようなＳｉ化合物
は粒界を強化する効果があるため脱粒をより防ぐことが
可能となる。しかしながら、必要以上に含有させると熱
伝導率の低下につながることから含有量は０．２重量部
以下とする。
種成分が適用可能であるが、例えば、Ｓｉ化合物を０．
２重量部以下、さらには０．０５重量部以下含有させる
ことが好ましい。Ｓｉ化合物としては酸化けい素（Ｓｉ
Ｏ２）、窒化けい素（Ｓｉ３Ｎ４）など各種Ｓｉ化合物
を使用可能であり、Ｓｉ単体で添加してもよい。また、
Ｓｉ化合物はＡｌＮ原料粉末または焼結助剤の不純物を
そのまま利用しても問題はない。このようなＳｉ化合物
は粒界を強化する効果があるため脱粒をより防ぐことが
可能となる。しかしながら、必要以上に含有させると熱
伝導率の低下につながることから含有量は０．２重量部
以下とする。
【００２９】次に、製造方法について説明する。製造方
法については特に限定されるものではないが、例えば次
のような方法がある。
法については特に限定されるものではないが、例えば次
のような方法がある。
【００３０】まず、比表面積が０．１〜０．３ｍ２／ｇ
の粒径の揃ったＡｌＮ粉末を使用する。このとき、比表
面積の大きさが前記範囲外であると、焼結後のＡｌＮ結
晶粒子数を本発明の好ましい範囲である５〜１０にし難
くなる。
の粒径の揃ったＡｌＮ粉末を使用する。このとき、比表
面積の大きさが前記範囲外であると、焼結後のＡｌＮ結
晶粒子数を本発明の好ましい範囲である５〜１０にし難
くなる。
【００３１】このようなＡｌＮ粉末に、焼結助剤などを
添加した後、混合、調合を行い、ドクターブレード法、
プレス成形法、押出成形などの各種成形方法により所定
の基板形状に成形する。
添加した後、混合、調合を行い、ドクターブレード法、
プレス成形法、押出成形などの各種成形方法により所定
の基板形状に成形する。
【００３２】その後、窒素またはアルゴンなどの非酸化
性雰囲気中で１８５０℃以下の温度で焼結する。必要に
応じ、焼結後に１００℃／時間以下の徐冷を行うことが
好ましい。この徐冷を行うことにより、粒界の強化を行
うことができるため脱粒性の向上、いわゆる脱粒の起き
難いＡｌＮ基板を製造し易くなる。
性雰囲気中で１８５０℃以下の温度で焼結する。必要に
応じ、焼結後に１００℃／時間以下の徐冷を行うことが
好ましい。この徐冷を行うことにより、粒界の強化を行
うことができるため脱粒性の向上、いわゆる脱粒の起き
難いＡｌＮ基板を製造し易くなる。
【００３３】また、金属薄膜を設ける際には、ＡｌＮ基
板の表面を表面粗さＲａが１μｍ以下に研磨した後、さ
らにＲａが０．１μｍ以下、好ましくは０．０５μｍ以
下になるように鏡面加工を施すことが好ましい。
板の表面を表面粗さＲａが１μｍ以下に研磨した後、さ
らにＲａが０．１μｍ以下、好ましくは０．０５μｍ以
下になるように鏡面加工を施すことが好ましい。
【００３４】実施例（図１〜図８、表１） 以下、本発明のＡｌＮ基板について、図１〜図８および
表１を用いて説明する。
表１を用いて説明する。
【００３５】本実施例においては、表１に示すように、
焼結助剤として添加するイットリアの添加量および焼結
条件を変化させて、試料Ｎｏ．１ないし試料Ｎｏ．６の
窒化アルミニウム基板を作製した。
焼結助剤として添加するイットリアの添加量および焼結
条件を変化させて、試料Ｎｏ．１ないし試料Ｎｏ．６の
窒化アルミニウム基板を作製した。
【００３６】比表面積０．２７ｍ２／ｇの窒化アルミニ
ウム粉末に焼結助剤としてイットリア５重量部、と必要
に応じＳｉＯ２粉末を添加し、ボールミルで２４時間と
共に、有機バインダ、可塑剤および有機溶媒を適量添加
調合してスラリーを得た。その後、得られたスラリーを
真空脱泡した後、ドクターブレード法を用いて厚さ０．
８ｍｍのグリーンシートを得た。
ウム粉末に焼結助剤としてイットリア５重量部、と必要
に応じＳｉＯ２粉末を添加し、ボールミルで２４時間と
共に、有機バインダ、可塑剤および有機溶媒を適量添加
調合してスラリーを得た。その後、得られたスラリーを
真空脱泡した後、ドクターブレード法を用いて厚さ０．
８ｍｍのグリーンシートを得た。
【００３７】このグリーンシートを高純度のＡｌＮから
なるセッター上に配置し、５気圧の窒素ガス雰囲気中、
１８３０℃の温度で１０時間焼結を行った。その後、１
００℃／時間以下の徐冷を施して窒化アルミニウム基板
を得た。これを試料Ｎｏ．１とした。
なるセッター上に配置し、５気圧の窒素ガス雰囲気中、
１８３０℃の温度で１０時間焼結を行った。その後、１
００℃／時間以下の徐冷を施して窒化アルミニウム基板
を得た。これを試料Ｎｏ．１とした。
【００３８】
【表１】
【００３９】また、試料Ｎｏ．２ないし試料Ｎｏ．４
は、表１に示すように、イットリアおよびＳｉＯ２の添
加量、焼結条件および冷却条件を変化させて、上述した
試料Ｎｏ．１と同様の手順を用いて窒化アルミニウム基
板を作製したものである。なお、試料Ｎｏ．５および試
料Ｎｏ．６は、イットリアの添加量および焼結条件を変
えることにより、本発明の範囲外のＡｌＮ粒子数をもつ
比較例の窒化アルミニウム基板、および本発明の好まし
い範囲外のＡｌＮ粒子数をもつ参考例となる窒化アルミ
ニウム基板としたものである。そして、各試料に対し、
表面粗さＲａが０．０５μｍ以下となるよう表面研磨
（鏡面加工）することにより実施例（試料Ｎｏ．１〜
４）および比較例（試料Ｎｏ．５〜６）にかかるＡｌＮ
基板（縦１０ｍｍ×横１０ｍｍ×板厚０．６３５ｍｍ）
を作製した。
は、表１に示すように、イットリアおよびＳｉＯ２の添
加量、焼結条件および冷却条件を変化させて、上述した
試料Ｎｏ．１と同様の手順を用いて窒化アルミニウム基
板を作製したものである。なお、試料Ｎｏ．５および試
料Ｎｏ．６は、イットリアの添加量および焼結条件を変
えることにより、本発明の範囲外のＡｌＮ粒子数をもつ
比較例の窒化アルミニウム基板、および本発明の好まし
い範囲外のＡｌＮ粒子数をもつ参考例となる窒化アルミ
ニウム基板としたものである。そして、各試料に対し、
表面粗さＲａが０．０５μｍ以下となるよう表面研磨
（鏡面加工）することにより実施例（試料Ｎｏ．１〜
４）および比較例（試料Ｎｏ．５〜６）にかかるＡｌＮ
基板（縦１０ｍｍ×横１０ｍｍ×板厚０．６３５ｍｍ）
を作製した。
【００４０】このようにして製造した試料Ｎｏ．１〜６
にかかるＡｌＮ基板に対し、一辺が１０μｍの正方形１
００μｍ２の領域内のＡｌＮ結晶粒子数および粒界の総
長さ、熱伝導率、脱粒性を測定した。
にかかるＡｌＮ基板に対し、一辺が１０μｍの正方形１
００μｍ２の領域内のＡｌＮ結晶粒子数および粒界の総
長さ、熱伝導率、脱粒性を測定した。
【００４１】なお、ＡｌＮ結晶粒子数および粒界の総長
さについては後述するＳＥＭを用いて測定し、熱伝導率
についてはレーザーフラッシュ法により測定した。ま
た、脱粒性については研磨面（薄膜形成面）について脱
粒の有無を確認した。具体的には、任意の一辺が１００
μｍの正方形１００００μｍ２の領域を拡大写真にと
り、その領域内に存在する脱粒痕の数（脱粒痕はＡｌＮ
結晶粒子とは色が異なり、モノクロ写真の場合白色に写
ることから見分けるのは容易である）をカウントし、脱
粒痕が１０個以下のものを脱粒性「良好」、脱粒痕が２
０個を超えたものを脱粒性「不良」、脱粒痕の数が１０
を超えて２０未満の場合を「やや不良」と表示した。
さについては後述するＳＥＭを用いて測定し、熱伝導率
についてはレーザーフラッシュ法により測定した。ま
た、脱粒性については研磨面（薄膜形成面）について脱
粒の有無を確認した。具体的には、任意の一辺が１００
μｍの正方形１００００μｍ２の領域を拡大写真にと
り、その領域内に存在する脱粒痕の数（脱粒痕はＡｌＮ
結晶粒子とは色が異なり、モノクロ写真の場合白色に写
ることから見分けるのは容易である）をカウントし、脱
粒痕が１０個以下のものを脱粒性「良好」、脱粒痕が２
０個を超えたものを脱粒性「不良」、脱粒痕の数が１０
を超えて２０未満の場合を「やや不良」と表示した。
【００４２】窒化アルミニウム基板の熱伝導率は、表１
に示すように、試料Ｎｏ．１は１８７Ｗ／（ｍ・ｋ）、
試料Ｎｏ．２は１９２Ｗ／（ｍ・ｋ）、試料Ｎｏ．３は
１９０Ｗ／（ｍ・ｋ）、試料Ｎｏ．４は１８５Ｗ／（ｍ
・ｋ）であり、いずれも１８０Ｗ／（ｍ・ｋ）以上と高
熱伝導率であった。
に示すように、試料Ｎｏ．１は１８７Ｗ／（ｍ・ｋ）、
試料Ｎｏ．２は１９２Ｗ／（ｍ・ｋ）、試料Ｎｏ．３は
１９０Ｗ／（ｍ・ｋ）、試料Ｎｏ．４は１８５Ｗ／（ｍ
・ｋ）であり、いずれも１８０Ｗ／（ｍ・ｋ）以上と高
熱伝導率であった。
【００４３】そして、窒化アルミニウム基板の研磨面を
ＳＥＭによって観察した。その結果を図１〜図８に示
す。なお、本実施形態では、研磨面の表面観察を行った
が、窒化アルミニウムの任意の断面について表面観察を
行っても良い。
ＳＥＭによって観察した。その結果を図１〜図８に示
す。なお、本実施形態では、研磨面の表面観察を行った
が、窒化アルミニウムの任意の断面について表面観察を
行っても良い。
【００４４】図１および図２は、試料Ｎｏ．１の窒化ア
ルミニウム基板の研磨面の表面観察を行い、研磨面を拡
大して示す図である。図１に示す研磨面の任意の２箇所
を選び、一辺が１０μｍの面積１００μｍ２の正方形領
域内を測定領域とした。そして、この測定領域内に面積
が５０％以上含まれる結晶粒子についてそれぞれ番号を
付して結晶粒子数を測定した。その結果、結晶粒子数は
いずれも９となっており、一辺が１０μｍの面積１００
μｍ２あたりの結晶粒子数が、本発明の範囲内の５以上
であることが分かった。
ルミニウム基板の研磨面の表面観察を行い、研磨面を拡
大して示す図である。図１に示す研磨面の任意の２箇所
を選び、一辺が１０μｍの面積１００μｍ２の正方形領
域内を測定領域とした。そして、この測定領域内に面積
が５０％以上含まれる結晶粒子についてそれぞれ番号を
付して結晶粒子数を測定した。その結果、結晶粒子数は
いずれも９となっており、一辺が１０μｍの面積１００
μｍ２あたりの結晶粒子数が、本発明の範囲内の５以上
であることが分かった。
【００４５】図１に示す測定領域内は、面積が１００μ
ｍ２の正方形領域を拡大して示したものであり、実寸す
ると、１辺が３０ｍｍの面積９００ｍｍ２の正方形とな
っている。この面積９００ｍｍ２の範囲の粒界長さを実
寸したところ、粒界の総長さは１７５ｍｍであった。そ
して、粒界の総長さを面積１００μｍ２あたりに換算し
た結果、粒界の総長さは５８μｍであり、本発明の範囲
内の１００μｍ以下であった。
ｍ２の正方形領域を拡大して示したものであり、実寸す
ると、１辺が３０ｍｍの面積９００ｍｍ２の正方形とな
っている。この面積９００ｍｍ２の範囲の粒界長さを実
寸したところ、粒界の総長さは１７５ｍｍであった。そ
して、粒界の総長さを面積１００μｍ２あたりに換算し
た結果、粒界の総長さは５８μｍであり、本発明の範囲
内の１００μｍ以下であった。
【００４６】図２は、図１よりも広い測定領域内で結晶
粒子を観察したものであり、１辺が２０μｍの正方形を
測定領域としたものである。この測定領域内に存在する
結晶粒子数を測定した結果、結晶粒子数が２５、２７ま
たは２２となっており、いずれの場合も面積１００μｍ
２あたりに換算すると、結晶粒子数が５以上であった。
粒子を観察したものであり、１辺が２０μｍの正方形を
測定領域としたものである。この測定領域内に存在する
結晶粒子数を測定した結果、結晶粒子数が２５、２７ま
たは２２となっており、いずれの場合も面積１００μｍ
２あたりに換算すると、結晶粒子数が５以上であった。
【００４７】図３および図４は、試料Ｎｏ．２の窒化ア
ルミニウム基板の研磨面の表面観察を行い、研磨面を拡
大して示す図である。図１および図２と同様に、結晶粒
子数および結晶粒界の総長さを測定した結果、１辺が１
０μｍの正方形領域内の結晶粒子数は９または７、粒界
総長さは５７μｍであり、本発明の範囲内であった。図
４は、１辺が２０μｍの正方形を測定領域としたもので
あり、結晶粒子数が３２であり、面積１００μｍ２あた
りに換算すると結晶粒子数が５以上であった。
ルミニウム基板の研磨面の表面観察を行い、研磨面を拡
大して示す図である。図１および図２と同様に、結晶粒
子数および結晶粒界の総長さを測定した結果、１辺が１
０μｍの正方形領域内の結晶粒子数は９または７、粒界
総長さは５７μｍであり、本発明の範囲内であった。図
４は、１辺が２０μｍの正方形を測定領域としたもので
あり、結晶粒子数が３２であり、面積１００μｍ２あた
りに換算すると結晶粒子数が５以上であった。
【００４８】また、図５および図６は、試料Ｎｏ．３の
窒化アルミニウム基板の研磨面の表面観察を行い、この
研磨面を拡大して示す図である。これらの図についても
図１および図２と同様に結晶粒子数および粒界総長さを
測定した結果、１辺が１０μｍ２の正方形内の結晶粒子
数は７となっており、本発明の範囲内であった。また、
図６は、１辺が２０μｍの正方形を測定領域としたもの
であり、この測定領域内の結晶粒子数は２２であり、正
方形の面積１００μｍ２あたりに換算したところ、結晶
粒子数は５以上であった。
窒化アルミニウム基板の研磨面の表面観察を行い、この
研磨面を拡大して示す図である。これらの図についても
図１および図２と同様に結晶粒子数および粒界総長さを
測定した結果、１辺が１０μｍ２の正方形内の結晶粒子
数は７となっており、本発明の範囲内であった。また、
図６は、１辺が２０μｍの正方形を測定領域としたもの
であり、この測定領域内の結晶粒子数は２２であり、正
方形の面積１００μｍ２あたりに換算したところ、結晶
粒子数は５以上であった。
【００４９】さらに、図７および図８は、試料Ｎｏ．４
の窒化アルミニウム基板の研磨面の表面観察を行い、研
磨面を拡大して示す図である。これらの図についても同
様に結晶粒子数および粒界総長さを測定した結果、面積
１００μｍ２あたりの結晶粒子数は９であり、本発明の
範囲内であった。また、図８は、１辺が２０μｍの正方
形を測定領域としたものであり、結晶粒子数は２２であ
り、正方形の面積１００μｍ２あたりに換算したとこ
ろ、結晶粒子数は５以上であった。
の窒化アルミニウム基板の研磨面の表面観察を行い、研
磨面を拡大して示す図である。これらの図についても同
様に結晶粒子数および粒界総長さを測定した結果、面積
１００μｍ２あたりの結晶粒子数は９であり、本発明の
範囲内であった。また、図８は、１辺が２０μｍの正方
形を測定領域としたものであり、結晶粒子数は２２であ
り、正方形の面積１００μｍ２あたりに換算したとこ
ろ、結晶粒子数は５以上であった。
【００５０】このような本実施例にかかるＡｌＮ基板は
研磨面における単位面積（１００００μｍ２）当りの脱
粒痕が１０個以下と極めて脱粒性が良好であった。
研磨面における単位面積（１００００μｍ２）当りの脱
粒痕が１０個以下と極めて脱粒性が良好であった。
【００５１】それに対し、試料Ｎｏ．５は異常粒成長が
確認され、所定領域におけるＡｌＮ結晶粒子数は３と本
願の範囲外であったため脱粒性は「不良」であった。ま
た、試料Ｎｏ．６は所定領域におけるＡｌＮ結晶粒子数
が１５であり、脱粒性は「やや不良」であり、熱伝導率
は１６５Ｗ／ｍ・ｋと熱伝導率の高いものは得られなか
った。これは焼結助剤の量が多いため粒界の総量が増え
たこと、さらには粒界に存在する焼結助剤を主成分とす
る偏析粒子の数が増えてしまったためであると考えられ
る。
確認され、所定領域におけるＡｌＮ結晶粒子数は３と本
願の範囲外であったため脱粒性は「不良」であった。ま
た、試料Ｎｏ．６は所定領域におけるＡｌＮ結晶粒子数
が１５であり、脱粒性は「やや不良」であり、熱伝導率
は１６５Ｗ／ｍ・ｋと熱伝導率の高いものは得られなか
った。これは焼結助剤の量が多いため粒界の総量が増え
たこと、さらには粒界に存在する焼結助剤を主成分とす
る偏析粒子の数が増えてしまったためであると考えられ
る。
【００５２】次に、試料Ｎｏ．１ないし試料Ｎｏ．６の
窒化アルミニウム基板表面にＮｉからなる薄膜をスパッ
タ法により形成した。そして、薄膜形成されたＡｌＮ基
板をレーザダイオードの搭載用基板として適用し、レー
ザ発振の減衰率を測定した。この結果を表１に示す。な
お、レーザ発振の減衰率を測定する際、測定条件は、レ
ーザダイオードの初期（稼動から３０分後）の発振波長
（光周波数）を基準としたときのレーザダイオードを５
時間連続稼動させたときの波長の変化率を測定したもの
である。
窒化アルミニウム基板表面にＮｉからなる薄膜をスパッ
タ法により形成した。そして、薄膜形成されたＡｌＮ基
板をレーザダイオードの搭載用基板として適用し、レー
ザ発振の減衰率を測定した。この結果を表１に示す。な
お、レーザ発振の減衰率を測定する際、測定条件は、レ
ーザダイオードの初期（稼動から３０分後）の発振波長
（光周波数）を基準としたときのレーザダイオードを５
時間連続稼動させたときの波長の変化率を測定したもの
である。
【００５３】表１に示すように、実施例の試料Ｎｏ．１
ないし試料Ｎｏ．４の窒化アルミニウム基板を適用した
場合には、レーザ発振の減衰率が３〜８％であるのに対
し、比較例の試料Ｎｏ．５および試料Ｎｏ．６はレーザ
発振の減衰率が１２〜２０％となっており、本発明のＡ
ｌＮ基板はレーザダイオード搭載用基板として適してい
ることが判明した。言い換えると本発明のＡｌＮ基板を
用いることによりレーザ発振減衰率が１０％以下と減衰
率の小さなレーザーダイオード素子を提供することが可
能となる。これは、本発明のＡｌＮ基板が熱伝導率が高
く、かつ脱粒痕が少ないことから薄膜が均一に形成され
ダイオードに悪影響を与えないためであると言える。
ないし試料Ｎｏ．４の窒化アルミニウム基板を適用した
場合には、レーザ発振の減衰率が３〜８％であるのに対
し、比較例の試料Ｎｏ．５および試料Ｎｏ．６はレーザ
発振の減衰率が１２〜２０％となっており、本発明のＡ
ｌＮ基板はレーザダイオード搭載用基板として適してい
ることが判明した。言い換えると本発明のＡｌＮ基板を
用いることによりレーザ発振減衰率が１０％以下と減衰
率の小さなレーザーダイオード素子を提供することが可
能となる。これは、本発明のＡｌＮ基板が熱伝導率が高
く、かつ脱粒痕が少ないことから薄膜が均一に形成され
ダイオードに悪影響を与えないためであると言える。
【００５４】本実施形態によれば、任意の一辺が１０μ
ｍの正方形１００μｍ２の領域内に存在する結晶粒子数
を５以上、この面積中の粒界の総長さを１００μｍ以下
と規定することにより、窒化アルミニウム基板の表面性
状を改善して、レーザダイオードをはじめとする光通信
機器関係、例えば半導体レーザー搭載用基板、マイクロ
波集積回路用基板などに適したＡｌＮ基板を得ることが
できる。
ｍの正方形１００μｍ２の領域内に存在する結晶粒子数
を５以上、この面積中の粒界の総長さを１００μｍ以下
と規定することにより、窒化アルミニウム基板の表面性
状を改善して、レーザダイオードをはじめとする光通信
機器関係、例えば半導体レーザー搭載用基板、マイクロ
波集積回路用基板などに適したＡｌＮ基板を得ることが
できる。
【００５５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のＡｌＮ基
板およびそれを用いたレーザーダイオード素子によれ
ば、熱伝導率が高いだけでなく、研磨加工時の脱粒を防
止して研磨性を向上できるため、基板および薄膜の密着
強度を高め、その結果、レーザダイオード等の光通信機
器用素子の歩留まりを向上することができる。
板およびそれを用いたレーザーダイオード素子によれ
ば、熱伝導率が高いだけでなく、研磨加工時の脱粒を防
止して研磨性を向上できるため、基板および薄膜の密着
強度を高め、その結果、レーザダイオード等の光通信機
器用素子の歩留まりを向上することができる。
【図１】本発明の実施形態における、試料Ｎｏ．１の窒
化アルミニウム基板についての結晶粒の拡大写真を示す
図。
化アルミニウム基板についての結晶粒の拡大写真を示す
図。
【図２】本発明の実施形態における、試料Ｎｏ．１の窒
化アルミニウム基板についての結晶粒の拡大写真を示す
図。
化アルミニウム基板についての結晶粒の拡大写真を示す
図。
【図３】本発明の実施形態における、試料Ｎｏ．２の窒
化アルミニウム基板についての結晶粒の拡大写真を示す
図。
化アルミニウム基板についての結晶粒の拡大写真を示す
図。
【図４】本発明の実施形態における、試料Ｎｏ．２の窒
化アルミニウム基板についての結晶粒の拡大写真を示す
図。
化アルミニウム基板についての結晶粒の拡大写真を示す
図。
【図５】本発明の実施形態における、試料Ｎｏ．３の窒
化アルミニウム基板についての結晶粒の拡大写真を示す
図。
化アルミニウム基板についての結晶粒の拡大写真を示す
図。
【図６】本発明の実施形態における、試料Ｎｏ．３の窒
化アルミニウム基板についての結晶粒の拡大写真を示す
図。
化アルミニウム基板についての結晶粒の拡大写真を示す
図。
【図７】本発明の実施形態における、試料Ｎｏ．４の窒
化アルミニウム基板についての結晶粒の拡大写真を示す
図。
化アルミニウム基板についての結晶粒の拡大写真を示す
図。
【図８】本発明の実施形態における、試料Ｎｏ．４の窒
化アルミニウム基板についての結晶粒の拡大写真を示す
図。
化アルミニウム基板についての結晶粒の拡大写真を示す
図。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4G001 BA04 BA09 BA36 BB04 BB09 BB36 BC72 BD03 BE22 BE32 BE35 5F073 FA15
Claims (9)
- 【請求項１】 任意の一辺が１０μｍの正方形１００μ
ｍ２の領域内に存在するＡｌＮ結晶粒子数が５以上であ
り、この領域内に入る粒界の総長さが１００μｍ以下で
あることを特徴とするＡｌＮ基板。 - 【請求項２】 該１００μｍ２の領域内に存在するＡｌ
Ｎ結晶粒子数が５以上１０以下であることを特徴とする
請求項１記載のＡｌＮ基板。 - 【請求項３】 表面粗さＲａが０．０５μｍのとき、任
意の一辺が１００μｍの正方形１００００μｍ２の領域
内に存在する脱粒痕の数が１０個以下であることを特徴
とする請求項１または請求項２に記載のＡｌＮ基板。 - 【請求項４】 熱伝導率が１８０Ｗ／（ｍ・ｋ）以上で
あることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記
載のＡｌＮ基板。 - 【請求項５】 ＡｌＮ基板表面に薄膜が形成されたこと
を特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のＡｌ
Ｎ基板。 - 【請求項６】 ＡｌＮ基板は光通信機器に用いる素子搭
載用基板として適用されることを特徴とする請求項１な
いし５のいずれかに記載のＡｌＮ基板。 - 【請求項７】 任意の一辺が１０μｍの正方形１００μ
ｍ２の領域内に存在するＡｌＮ結晶粒子数が５以上であ
り、この領域内に入る粒界の総長さが１００μｍ以下で
あるＡｌＮ基板上にレーザーダイオードを搭載したこと
を特徴とするレーザーダイオード素子。 - 【請求項８】 ＡｌＮ基板上に薄膜を介してレーザーダ
イオードを搭載したことを特徴とする請求項７記載のレ
ーザーダイオード素子。 - 【請求項９】 レーザー発振の減衰率が１０％以下であ
ることを特徴とする請求項７または８に記載のレーザー
ダイオード素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000166770A JP4551536B2 (ja) | 2000-06-02 | 2000-06-02 | ＡｌＮ基板およびそれを用いたレーザーダイオード素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000166770A JP4551536B2 (ja) | 2000-06-02 | 2000-06-02 | ＡｌＮ基板およびそれを用いたレーザーダイオード素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001348275A true JP2001348275A (ja) | 2001-12-18 |
| JP4551536B2 JP4551536B2 (ja) | 2010-09-29 |
Family
ID=18670041
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000166770A Expired - Lifetime JP4551536B2 (ja) | 2000-06-02 | 2000-06-02 | ＡｌＮ基板およびそれを用いたレーザーダイオード素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4551536B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014063816A (ja) * | 2012-09-20 | 2014-04-10 | Dowa Electronics Materials Co Ltd | 半導体積層体接合用基板およびその製造方法 |
| KR20170007372A (ko) | 2014-05-12 | 2017-01-18 | 스미토모덴키고교가부시키가이샤 | AlN 소결체, AlN 기판 및 AlN 기판의 제조 방법 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05238830A (ja) * | 1992-02-21 | 1993-09-17 | Toshiba Corp | 窒化アルミニウム焼結体およびその製造方法 |
| JPH1012977A (ja) * | 1996-06-21 | 1998-01-16 | Nec Corp | 半導体装置の製造方法 |
-
2000
- 2000-06-02 JP JP2000166770A patent/JP4551536B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05238830A (ja) * | 1992-02-21 | 1993-09-17 | Toshiba Corp | 窒化アルミニウム焼結体およびその製造方法 |
| JPH1012977A (ja) * | 1996-06-21 | 1998-01-16 | Nec Corp | 半導体装置の製造方法 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014063816A (ja) * | 2012-09-20 | 2014-04-10 | Dowa Electronics Materials Co Ltd | 半導体積層体接合用基板およびその製造方法 |
| KR20170007372A (ko) | 2014-05-12 | 2017-01-18 | 스미토모덴키고교가부시키가이샤 | AlN 소결체, AlN 기판 및 AlN 기판의 제조 방법 |
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| JP4551536B2 (ja) | 2010-09-29 |
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