JP2010272685A - Semiconductor device and method of manufacturing semiconductor device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device which can efficiently dissipate heat to the outside and is reduced in manufacturing cost, and to provide a method of manufacturing the semiconductor device. <P>SOLUTION: Disclosed is the semiconductor device which includes a semiconductor layer and a heat sink installed on the semiconductor layer. The heat sink includes: a layered structure having a high-thermal-conductivity layer, a low-thermal-conductivity layer and a high-thermal-conductivity layer laminated in this order; or a layered structure having a low-thermal-conductivity layer, a high-thermal-conductivity layer and a low-thermal-conductivity layer laminated in this order, wherein the upper part of the layered structure above its thickness-directional center part and the lower part of the layered structure below its thickness-directional center part is symmetrical with respect to the thickness-directional center part of the layered structure. The method of manufacturing the same is also disclosed. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、半導体デバイスおよび半導体デバイスの製造方法に関する。   The present invention relates to a semiconductor device and a method for manufacturing a semiconductor device.

近年、たとえば、液晶テレビ、パーソナルコンピュータのディスプレイ、携帯電話機、カーナビゲーションおよびPDA(Personal Digital Assistant)等において、画像を表示するための液晶ディスプレイが広く採用されている。   In recent years, for example, liquid crystal displays for displaying images are widely used in liquid crystal televisions, personal computer displays, mobile phones, car navigation systems, PDAs (Personal Digital Assistants), and the like.

この液晶ディスプレイには、液晶表示パネルの裏面側から光を照射して表示画面の輝度を高めるためのバックライトが採用されている。   This liquid crystal display employs a backlight for irradiating light from the back side of the liquid crystal display panel to increase the brightness of the display screen.

液晶ディスプレイのバックライトとしては、従来から、冷陰極管(CCFL:Cold Cathode Fluorescent Lamp)などの蛍光管を利用したバックライトが用いられてきたが、現在ではその代替品として、LED(Light Emitting Diode)素子を利用したバックライトが注目されている。   Conventionally, backlights using fluorescent tubes such as cold cathode fluorescent lamps (CCFLs) have been used as backlights for liquid crystal displays. Currently, however, LED (Light Emitting Diode) is used as an alternative. ) Backlights using elements are attracting attention.

CCFLなどの蛍光管を利用したバックライトにおいては、バックライトを点灯する際に高い電圧を必要とするとともに、蛍光管の点灯および消灯を頻繁に繰り返した場合にはその寿命が短くなるという問題があった。   In the backlight using a fluorescent tube such as CCFL, a high voltage is required when the backlight is turned on, and the life of the fluorescent tube is shortened when the fluorescent tube is frequently turned on and off. there were.

一方、LED素子を利用したバックライトにおいては、CCFLなどの蛍光管を利用したバックライトと比べて、低電圧で駆動させることができ、消費電力が少なく、寿命が長くなるなどの優れた特性が期待できる。   On the other hand, backlights using LED elements can be driven at a lower voltage compared to backlights using fluorescent tubes such as CCFLs, and have superior characteristics such as low power consumption and long life. I can expect.

特に、光の3原色(赤色、緑色および青色)のLED素子を利用したバックライトにおいては、光の3原色に近い波長から白色光を得るため、CCFLなどの蛍光管を利用したバックライトと比べて色の自由度が高まるという特性を得ることができるとされている。   In particular, in backlights using LED elements of the three primary colors of light (red, green and blue), in order to obtain white light from wavelengths close to the three primary colors of light, compared to backlights using fluorescent tubes such as CCFLs. It is said that the characteristic that the degree of freedom of color increases can be obtained.

上記のLED素子は発光する際に発熱するため、その熱を外部に放熱するためのヒートシンク(放熱基板)を別に準備して、LED素子にヒートシンクを共晶半田で貼り合わせることが行なわれている(たとえば、非特許文献1参照)。   Since the LED element generates heat when it emits light, a heat sink (heat radiating substrate) for dissipating the heat to the outside is separately prepared, and the heat sink is bonded to the LED element with eutectic solder. (For example, refer nonpatent literature 1).

坂東 完治,「わが社のLEDの高効率化・高性能化技術」,月刊ディスプレイ,2005年2月号,p.51〜p.57Kanto Kanto, “Technology for improving efficiency and performance of our company's LED”, Monthly Display, February 2005, p. 51-p. 57

しかしながら、非特許文献1に記載された方法においては、LED素子とヒートシンクとを共晶半田で貼り合わせているが、共晶半田の厚みとしては一般的に数百μm程度の厚みが必要であるため、共晶半田自体が熱抵抗となってしまい、LED素子において発生した熱が効率的にヒートシンクを通して外部に放出されないという問題があった。   However, in the method described in Non-Patent Document 1, the LED element and the heat sink are bonded together with eutectic solder, but the thickness of the eutectic solder generally requires a thickness of about several hundred μm. Therefore, the eutectic solder itself becomes a thermal resistance, and there is a problem that the heat generated in the LED element is not efficiently released to the outside through the heat sink.

また、非特許文献1に記載された方法においては、共晶半田の濡れ性を確保するために、LED素子の表面やヒートシンクの表面にめっきなどが必要となることから、製造コストが高くなるという問題もあった。   In addition, in the method described in Non-Patent Document 1, since the wettability of eutectic solder is ensured, the surface of the LED element and the surface of the heat sink are required to be plated, which increases the manufacturing cost. There was also a problem.

さらに、上記の問題はLED素子に限られる問題ではなく、LED素子を含む半導体デバイス全体の問題でもあった。   Further, the above problem is not limited to the LED element, but is a problem of the entire semiconductor device including the LED element.

上記の事情に鑑みて、本発明の目的は、熱を効率的に外部に放出することができるとともに、製造コストを抑えることができる半導体デバイスおよび半導体デバイスの製造方法を提供することにある。   In view of the above circumstances, an object of the present invention is to provide a semiconductor device and a method for manufacturing a semiconductor device that can efficiently release heat to the outside and can reduce manufacturing costs.

本発明は、半導体層と、半導体層上に設置されたヒートシンクとを備え、ヒートシンクは、高熱伝導率層と低熱膨張率層と高熱伝導率層とがこの順序で積層された積層構造体、または低熱膨張率層と高熱伝導率層と低熱膨張率層とがこの順序で積層された積層構造体を含み、積層構造体の厚み方向の中央部から上方の部分と積層構造体の厚み方向の中央部から下方の部分とが積層構造体の厚み方向の中央部に関して対称となっている半導体デバイスである。   The present invention includes a semiconductor layer and a heat sink disposed on the semiconductor layer, and the heat sink is a laminated structure in which a high thermal conductivity layer, a low thermal expansion layer, and a high thermal conductivity layer are laminated in this order, or It includes a laminated structure in which a low thermal expansion layer, a high thermal conductivity layer, and a low thermal expansion layer are laminated in this order, and the upper part from the central part in the thickness direction of the laminated structure and the central part in the thickness direction of the laminated structure The semiconductor device is symmetrical with respect to the central portion in the thickness direction of the laminated structure.

ここで、本発明の半導体デバイスにおいては、半導体層とヒートシンクとの間に導電層を備えていることが好ましい。   Here, in the semiconductor device of the present invention, a conductive layer is preferably provided between the semiconductor layer and the heat sink.

また、本発明の半導体デバイスにおいては、高熱伝導率層の熱伝導率が200W/(m・K)以上であることが好ましい。   In the semiconductor device of the present invention, it is preferable that the thermal conductivity of the high thermal conductivity layer is 200 W / (m · K) or more.

また、本発明の半導体デバイスにおいては、低熱膨張率層の線膨張率が8×10-6(1/K)以下であることが好ましい。 In the semiconductor device of the present invention, it is preferable that the coefficient of linear expansion of the low thermal expansion layer is 8 × 10 −6 (1 / K) or less.

また、本発明は、上記のいずれかに記載の半導体デバイスを製造する方法であって、半導体層上に高熱伝導率層を形成する工程と、高熱伝導率層上に低熱膨張率層を形成する工程と、低熱膨張率層上に高熱伝導率層を形成する工程とを含む半導体デバイスの製造方法である。   In addition, the present invention is a method for manufacturing the semiconductor device according to any one of the above, wherein a step of forming a high thermal conductivity layer on the semiconductor layer and a low thermal expansion layer on the high thermal conductivity layer are formed. It is a manufacturing method of a semiconductor device including a process and a process of forming a high thermal conductivity layer on a low thermal expansion coefficient layer.

また、本発明は、上記のいずれかに記載の半導体デバイスを製造する方法であって、半導体層上に低熱膨張率層を形成する工程と、低熱膨張率層上に高熱伝導率層を形成する工程と、高熱伝導率層上に低熱膨張率層を形成する工程とを含む半導体デバイスの製造方法である。   In addition, the present invention is a method for manufacturing the semiconductor device according to any one of the above, wherein the step of forming a low thermal expansion coefficient layer on the semiconductor layer and the formation of a high thermal conductivity layer on the low thermal expansion coefficient layer are provided. It is a manufacturing method of a semiconductor device including a process and a process of forming a low thermal expansion coefficient layer on a high thermal conductivity layer.

また、本発明の半導体デバイスの製造方法においては、高熱伝導率層および低熱膨張率層の少なくとも1層を溶融塩浴の電解により形成することが好ましい。   In the method for producing a semiconductor device of the present invention, it is preferable to form at least one of a high thermal conductivity layer and a low thermal expansion layer by electrolysis of a molten salt bath.

本発明によれば、熱を効率的に外部に放出することができるとともに、製造コストを抑えることができる半導体デバイスおよび半導体デバイスの製造方法を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, while being able to discharge | release heat efficiently outside, the manufacturing method of the semiconductor device which can suppress manufacturing cost, and a semiconductor device can be provided.

本発明の半導体デバイスの一例であるLED素子の一例の模式的な断面図である。It is typical sectional drawing of an example of the LED element which is an example of the semiconductor device of this invention. 図1に示す構成のLED素子の製造方法の一例の製造工程の一部を図解する模式的な断面図である。It is typical sectional drawing illustrating a part of manufacturing process of an example of the manufacturing method of the LED element of the structure shown in FIG. 図1に示す構成のLED素子の製造方法の一例の製造工程の一部を図解する模式的な断面図である。It is typical sectional drawing illustrating a part of manufacturing process of an example of the manufacturing method of the LED element of the structure shown in FIG. 図1に示す構成のLED素子の製造方法の一例の製造工程の一部を図解する模式的な断面図である。It is typical sectional drawing illustrating a part of manufacturing process of an example of the manufacturing method of the LED element of the structure shown in FIG. 図1に示す構成のLED素子の製造方法の一例の製造工程の一部を図解する模式的な断面図である。It is typical sectional drawing illustrating a part of manufacturing process of an example of the manufacturing method of the LED element of the structure shown in FIG. 図1に示す構成のLED素子の製造方法の一例の製造工程の一部を図解する模式的な断面図である。It is typical sectional drawing illustrating a part of manufacturing process of an example of the manufacturing method of the LED element of the structure shown in FIG. 図1に示す構成のLED素子の製造方法の一例の製造工程の一部を図解する模式的な構成図である。It is a typical block diagram which illustrates a part of manufacturing process of an example of the manufacturing method of the LED element of the structure shown in FIG. 図1に示す構成のLED素子の製造方法の一例の製造工程の一部を図解する模式的な構成図である。It is a typical block diagram which illustrates a part of manufacturing process of an example of the manufacturing method of the LED element of the structure shown in FIG. 図1に示す構成のLED素子の製造方法の一例の製造工程の一部を図解する模式的な構成図である。It is a typical block diagram which illustrates a part of manufacturing process of an example of the manufacturing method of the LED element of the structure shown in FIG.

以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、本発明の図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表わすものとする。   Embodiments of the present invention will be described below. In the drawings of the present invention, the same reference numerals represent the same or corresponding parts.

<半導体デバイスの構成>
図1に、本発明の半導体デバイスの一例であるLED素子の一例の模式的な断面図を示す。ここで、図1に示すLED素子は、ヒートシンク1と、ヒートシンク1上に設置されたLED構造体10とを備えており、ヒートシンク1とLED構造体10とは導電層21によって接合された構成を有している。
<Configuration of semiconductor device>
FIG. 1 shows a schematic cross-sectional view of an example of an LED element which is an example of a semiconductor device of the present invention. Here, the LED element shown in FIG. 1 includes a heat sink 1 and an LED structure 10 installed on the heat sink 1, and the heat sink 1 and the LED structure 10 are joined by a conductive layer 21. Have.

ここで、ヒートシンク1は、高熱伝導率層2と低熱膨張率層3と高熱伝導率層2とがこの順序で積層された積層構造体から構成されている。   Here, the heat sink 1 is composed of a laminated structure in which a high thermal conductivity layer 2, a low thermal expansion layer 3, and a high thermal conductivity layer 2 are laminated in this order.

また、LED構造体10は、半導体基板14と、半導体基板14上に設置されたn型半導体層13と、n型半導体層13上に設置された活性層12と、活性層12上に設置されたp型半導体層11と、p型半導体層11上に設置された半透明電極17と、半透明電極17上に設置されたp電極15と、n型半導体層13上に設置されたn電極16とを備えている。   The LED structure 10 is also disposed on the semiconductor substrate 14, the n-type semiconductor layer 13 disposed on the semiconductor substrate 14, the active layer 12 disposed on the n-type semiconductor layer 13, and the active layer 12. P-type semiconductor layer 11, translucent electrode 17 disposed on p-type semiconductor layer 11, p-electrode 15 disposed on translucent electrode 17, and n-electrode disposed on n-type semiconductor layer 13 16.

ヒートシンク1を構成する高熱伝導率層2としては、25℃における熱伝導率が200W/(m・K)以上の層を用いることが好ましい。高熱伝導率層2として、25℃における熱伝導率が200W/(m・K)以上の層を用いた場合には、LED構造体10で発生した熱をヒートシンク1を通して効率的に外部に放出することができる傾向が大きくなるためである。   As the high thermal conductivity layer 2 constituting the heat sink 1, it is preferable to use a layer having a thermal conductivity of 200 W / (m · K) or more at 25 ° C. When a layer having a thermal conductivity of 200 W / (m · K) or higher at 25 ° C. is used as the high thermal conductivity layer 2, the heat generated in the LED structure 10 is efficiently released to the outside through the heat sink 1. This is because the tendency to be able to do so increases.

なかでも、ヒートシンク1の放熱性を高くする観点からは、高熱伝導率層2としては、銅、アルミニウム、銀、金およびダイヤモンドからなる群から選択された少なくとも1種を含む層を用いることが好ましく、なかでも銅またはアルミニウムのいずれかの単層を用いることがより好ましい。   Among these, from the viewpoint of increasing the heat dissipation of the heat sink 1, it is preferable to use a layer containing at least one selected from the group consisting of copper, aluminum, silver, gold and diamond as the high thermal conductivity layer 2. Of these, it is more preferable to use a single layer of either copper or aluminum.

また、ヒートシンク1を構成する低熱膨張率層3としては、線膨張率が8×10-6(1/K)以下の層を用いることが好ましい。低熱膨張率層3として、線膨張率が8×10-6(1/K)以下の層を用いた場合には、LED構造体10で発生した熱によるヒートシンク1の変形を抑制することができる傾向が大きくなる。 Moreover, as the low thermal expansion coefficient layer 3 constituting the heat sink 1, it is preferable to use a layer having a linear expansion coefficient of 8 × 10 −6 (1 / K) or less. When a layer having a linear expansion coefficient of 8 × 10 −6 (1 / K) or less is used as the low thermal expansion coefficient layer 3, deformation of the heat sink 1 due to heat generated in the LED structure 10 can be suppressed. The trend becomes larger.

なかでも、ヒートシンク1の熱による変形を抑える観点からは、低熱膨張率層3としては、モリブデン、タングステン、ニッケルおよび鉄からなる群から選択された少なくとも一方を含む層を用いることが好ましく、なかでもモリブデン若しくはタングステンのいずれか、またはニッケル−タングステン合金若しくはニッケル−鉄合金のいずれかの単層を用いることがより好ましい。   In particular, from the viewpoint of suppressing deformation due to heat of the heat sink 1, it is preferable to use a layer containing at least one selected from the group consisting of molybdenum, tungsten, nickel and iron as the low thermal expansion layer 3. It is more preferable to use a single layer of either molybdenum or tungsten, or a nickel-tungsten alloy or nickel-iron alloy.

また、ヒートシンク1の反りを抑制するため、ヒートシンク1を構成する積層構造体の厚み方向の中央部(この例では、低熱膨張率層3の厚さh2の1/2の部分)から上方の部分と積層構造体の厚み方向の中央部から下方の部分とが積層構造体の厚み方向の中央部に関して対称となっている。なお、対称とは、ヒートシンクを構成する積層構造体の厚み方向の中央部から上端面までを鉛直方向の上方に進む場合に現れる層の材質と厚さとが、ヒートシンクを構成する積層構造体の厚み方向の中央部から下端面までを鉛直方向の下方に進む場合と同等程度(対応する層の厚さの差の絶対値が5μm以下)であることを意味する。 Further, in order to suppress the warpage of the heat sink 1, the upper portion from the central portion in the thickness direction of the laminated structure constituting the heat sink 1 (in this example, a portion that is ½ of the thickness h 2 of the low thermal expansion coefficient layer 3). The portion and the portion below the central portion in the thickness direction of the laminated structure are symmetrical with respect to the central portion in the thickness direction of the laminated structure. Note that “symmetry” means that the thickness and thickness of the layered structure constituting the heatsink is determined by the material and thickness of the layer that appears when proceeding upward in the vertical direction from the center in the thickness direction of the layered structure constituting the heatsink to the upper end surface. It means that it is about the same as the case of proceeding downward in the vertical direction from the center of the direction to the lower end surface (the absolute value of the corresponding layer thickness difference is 5 μm or less).

また、低熱膨張率層3の厚さh2は、高熱伝導率層2の厚さh1よりも厚くなっていることが好ましい。低熱膨張率層3の厚さh2を高熱伝導率層2の厚さh1よりも厚くすることによって、熱の放熱性に優れる特性と熱による変形を抑制できる特性とをともに高いレベルで兼ね備えたヒートシンク1を得ることができる傾向が大きくなる。 In addition, the thickness h 2 of the low thermal expansion layer 3 is preferably larger than the thickness h 1 of the high thermal conductivity layer 2. By making the thickness h 2 of the low thermal expansion layer 3 thicker than the thickness h 1 of the high thermal conductivity layer 2, it has both high heat dissipation characteristics and characteristics that can suppress deformation due to heat at a high level. The tendency to obtain the heat sink 1 is increased.

また、ヒートシンク1の全体の厚さ(この例では、高熱伝導率層2の厚さh1と低熱膨張率層3の厚さh2と高熱伝導率層2の厚さh1との総和)は0.2mm以下であることが好ましく、0.1mm以下であることがより好ましい。ヒートシンク1の全体の厚さが0.2mm以下である場合、特に0.1mm以下である場合には、材料コストを低減することができるとともに、その薄さによりヒートシンク1の切断などの加工性も向上するために非常に有用な効果が得られる傾向が大きくなる。 Further, the total thickness of the heat sink 1 (in this example, the sum of the thickness h 1 of thickness h 2 and the high thermal conductivity layer 2 having a thickness of h 1 and the low thermal expansion coefficient layer 3 high thermal conductivity layer 2) Is preferably 0.2 mm or less, and more preferably 0.1 mm or less. When the total thickness of the heat sink 1 is 0.2 mm or less, particularly when it is 0.1 mm or less, the material cost can be reduced, and the workability such as cutting of the heat sink 1 is also reduced due to its thinness. In order to improve, the tendency to obtain a very useful effect becomes large.

また、高熱伝導率層2の厚さh1と低熱膨張率層3の厚さh2とは、以下の関係式(1)を満たすことが好ましい。 Further, the thickness h 1 of the high thermal conductivity layer 2 and the thickness h 2 of the low thermal expansion layer 3 preferably satisfies the following equation (1).

5≦100×(h1)/(h1+h2)≦70 …(1)
高熱伝導率層2の厚さh1と低熱膨張率層3の厚さh2とが上記の関係式(1)を満たす場合には、熱の放熱性に優れる特性と熱による変形を抑制できる特性とをともに高いレベルで兼ね備えたヒートシンク1を得ることができる傾向が大きくなる。
5 ≦ 100 × (h 1 ) / (h 1 + h 2 ) ≦ 70 (1)
When the thickness h 1 of the high thermal conductivity layer 2 and the thickness h 2 of the low thermal expansion layer 3 satisfies the above relational expression (1) can suppress deformation due to the characteristics and thermal excellent in heat dissipation of heat There is a greater tendency to obtain a heat sink 1 that has both characteristics at a high level.

また、導電層21としては、共晶半田よりも熱伝導率が高い導電性の物質からなる層を用いることができ、たとえば、電気抵抗が低く、熱伝導率が高く、かつ酸化しにくい金属を用いることが好ましく、なかでも、金、銀、銅およびニッケルからなる群から選択された少なくとも1種を含む層を用いることがより好ましい。   Further, as the conductive layer 21, a layer made of a conductive material having a higher thermal conductivity than eutectic solder can be used. For example, a metal having a low electrical resistance, a high thermal conductivity, and hardly oxidized is used. In particular, it is preferable to use a layer containing at least one selected from the group consisting of gold, silver, copper and nickel.

ここで、導電層21の厚さh3は、0.1mm以上0.5mm以下であることが好ましい。導電層21の厚さh3が0.1mm以上0.5mm以下である場合には、後工程において、製品を切断する際の加工コストを抑えることができる。 Here, the thickness h 3 of the conductive layer 21 is preferably 0.1 mm or more and 0.5 mm or less. When the thickness h 3 of the conductive layer 21 is not less than 0.1 mm and not more than 0.5 mm, the processing cost when cutting the product in the subsequent process can be suppressed.

<半導体デバイスの製造方法>
以下、図2〜図9を参照して、図1に示す構成のLED素子の製造方法の一例について説明する。
<Semiconductor device manufacturing method>
Hereinafter, an example of a method for manufacturing the LED element having the configuration shown in FIG. 1 will be described with reference to FIGS.

まず、図2の模式的断面図に示すように、半導体基板14の表面上に導電層21を形成する。ここで、導電層21は、たとえば、スパッタ法、無電解めっき、蒸着または導電性物質の塗布などにより形成することができる。   First, as shown in the schematic cross-sectional view of FIG. 2, the conductive layer 21 is formed on the surface of the semiconductor substrate 14. Here, the conductive layer 21 can be formed by, for example, sputtering, electroless plating, vapor deposition, or application of a conductive substance.

次に、図3の模式的断面図に示すように、導電層21の表面上に高熱伝導率層2を形成する。ここで、高熱伝導率層2は、たとえば以下のようにして形成することができる。   Next, as shown in the schematic cross-sectional view of FIG. 3, the high thermal conductivity layer 2 is formed on the surface of the conductive layer 21. Here, the high thermal conductivity layer 2 can be formed as follows, for example.

まず、図7の模式的な構成図に示すように、導電層21の形成後の半導体基板14および対向電極6をそれぞれ、容器7に収容された電気めっき液9中に浸漬させる。ここで、対向電極6としては、導電性の電極であれば特に限定なく用いることができ、たとえば、金属からなる電極などを用いることができる。   First, as shown in the schematic configuration diagram of FIG. 7, the semiconductor substrate 14 and the counter electrode 6 after the formation of the conductive layer 21 are immersed in the electroplating solution 9 accommodated in the container 7. Here, the counter electrode 6 can be used without particular limitation as long as it is a conductive electrode. For example, a metal electrode or the like can be used.

そして、導電層21を陰極にするとともに、対向電極6を陽極として、導電層21と対向電極6との間に電圧を印加することによって電気めっき液9を電解して、電気めっき液9中の高熱伝導率層2を構成する金属を導電層21の表面上に堆積させる。これにより、導電層21の表面上に高熱伝導率層2を形成することができる。   The electroplating solution 9 is electrolyzed by applying a voltage between the electroconductive layer 21 and the counter electrode 6 with the conductive layer 21 as a cathode and the counter electrode 6 as an anode. A metal constituting the high thermal conductivity layer 2 is deposited on the surface of the conductive layer 21. Thereby, the high thermal conductivity layer 2 can be formed on the surface of the conductive layer 21.

ここで、電気めっき液9としては、高熱伝導率層2を構成する金属原子を含んでおり、高熱伝導率層2を構成する金属を電気めっき液9の電解により析出させることができるものであれば特に限定はされないが、たとえば高熱伝導率層2が銅から構成される場合には、電気めっき液9としてたとえば市販の硫酸銅めっき液などを用いることができる。   Here, the electroplating solution 9 contains metal atoms that constitute the high thermal conductivity layer 2, and the metal that constitutes the high thermal conductivity layer 2 can be deposited by electrolysis of the electroplating solution 9. For example, when the high thermal conductivity layer 2 is made of copper, for example, a commercially available copper sulfate plating solution can be used as the electroplating solution 9.

また、高熱伝導率層2の形成後の半導体基板14は電気めっき液9から取り出され、たとえばイオン交換水などによって高熱伝導率層2に付着している電気めっき液9が洗って除去されるとともに、その後、たとえば所定の酸で洗うことによって、高熱伝導率層2の表面に形成された酸化膜を除去することができる。   In addition, the semiconductor substrate 14 after the formation of the high thermal conductivity layer 2 is taken out from the electroplating solution 9, and the electroplating solution 9 adhering to the high thermal conductivity layer 2 is washed and removed by, for example, ion exchange water. Thereafter, the oxide film formed on the surface of the high thermal conductivity layer 2 can be removed by washing with a predetermined acid, for example.

次に、図4の模式的断面図に示すように、高熱伝導率層2の表面上に低熱膨張率層3を形成する。ここで、低熱膨張率層3は、たとえば以下のようにして形成することができる。   Next, as shown in the schematic cross-sectional view of FIG. 4, the low thermal expansion layer 3 is formed on the surface of the high thermal conductivity layer 2. Here, the low coefficient of thermal expansion layer 3 can be formed as follows, for example.

まず、図8の模式的構成図に示すように、低熱膨張率層3を構成する金属原子を含む溶融塩浴8を容器7に収容する。   First, as shown in the schematic configuration diagram of FIG. 8, a molten salt bath 8 containing metal atoms constituting the low thermal expansion coefficient layer 3 is accommodated in a container 7.

なお、溶融塩浴8としては、低熱膨張率層3を構成する金属原子を含んでおり、低熱膨張率層3を構成する金属を溶融塩浴8の電解により析出することができるものであれば特に限定はされないが、低熱膨張率層3がたとえばタングステンから構成される場合の溶融塩浴8の好ましい構成については後述する。   The molten salt bath 8 includes metal atoms constituting the low thermal expansion coefficient layer 3 and can deposit the metal constituting the low thermal expansion coefficient layer 3 by electrolysis of the molten salt bath 8. Although not particularly limited, a preferable configuration of the molten salt bath 8 when the low thermal expansion coefficient layer 3 is made of, for example, tungsten will be described later.

次に、容器7に収容された溶融塩浴8中に、上記の高熱伝導率層2の形成後の半導体基板14および対向電極6をそれぞれ浸漬させる。   Next, the semiconductor substrate 14 and the counter electrode 6 after the formation of the high thermal conductivity layer 2 are immersed in the molten salt bath 8 accommodated in the container 7.

次に、導電層21を陰極にするとともに、対向電極6を陽極として、導電層21と対向電極6との間に電圧を印加して溶融塩浴8を電解することによって、溶融塩浴8中の低熱膨張率層3を構成する金属が高熱伝導率層2の表面上に堆積して低熱膨張率層3を形成する。   Next, using the conductive layer 21 as a cathode and the counter electrode 6 as an anode, a voltage is applied between the conductive layer 21 and the counter electrode 6 to electrolyze the molten salt bath 8. The metal constituting the low thermal expansion layer 3 is deposited on the surface of the high thermal conductivity layer 2 to form the low thermal expansion layer 3.

そして、低熱膨張率層3の形成後の半導体基板14が溶融塩浴8から取り出され、たとえばイオン交換水などによって低熱膨張率層3に付着している溶融塩浴8が洗われて除去されるとともに、その後、たとえば所定の酸で洗うことによって、低熱膨張率層3の表面に形成された酸化膜を除去する。   Then, the semiconductor substrate 14 after the formation of the low thermal expansion coefficient layer 3 is taken out from the molten salt bath 8, and the molten salt bath 8 attached to the low thermal expansion coefficient layer 3 is washed and removed, for example, with ion exchange water. At the same time, the oxide film formed on the surface of the low thermal expansion coefficient layer 3 is removed by washing with a predetermined acid, for example.

次に、図5の模式的断面図に示すように、低熱膨張率層3の表面上に高熱伝導率層2を形成する。ここで、高熱伝導率層2は、たとえば以下のようにして形成することができる。   Next, as shown in the schematic sectional view of FIG. 5, the high thermal conductivity layer 2 is formed on the surface of the low thermal expansion coefficient layer 3. Here, the high thermal conductivity layer 2 can be formed as follows, for example.

まず、図9の模式的な構成図に示すように、低熱膨張率層3の形成後の半導体基板14および対向電極6をそれぞれ、容器7に収容された電気めっき液9中に浸漬させる。   First, as shown in the schematic configuration diagram of FIG. 9, the semiconductor substrate 14 and the counter electrode 6 after the formation of the low thermal expansion layer 3 are immersed in the electroplating solution 9 accommodated in the container 7.

次に、導電層21を陰極にするとともに、対向電極6を陽極として、導電層21と対向電極6との間に電圧を印加することによって電気めっき液9を電解して、電気めっき液9中の高熱伝導率層2を構成する金属を低熱膨張率層3の表面上に堆積させる。以上により、低熱膨張率層3の表面上に高熱伝導率層2を形成することができる。   Next, the electroplating solution 9 is electrolyzed by applying a voltage between the electroconductive layer 21 and the counter electrode 6 while using the electroconductive layer 21 as a cathode and the counter electrode 6 as an anode. The metal constituting the high thermal conductivity layer 2 is deposited on the surface of the low thermal expansion layer 3. As described above, the high thermal conductivity layer 2 can be formed on the surface of the low thermal expansion coefficient layer 3.

そして、高熱伝導率層2の形成後の半導体基板14は電気めっき液9から取り出され、たとえばイオン交換水などによって高熱伝導率層2に付着している電気めっき液9が洗って除去されるとともに、その後、たとえば所定の酸で洗うことによって、高熱伝導率層2の表面に形成された酸化膜を除去することができる。   Then, the semiconductor substrate 14 after the formation of the high thermal conductivity layer 2 is taken out from the electroplating solution 9, and the electroplating solution 9 adhering to the high thermal conductivity layer 2 is washed and removed by ion exchange water or the like, for example. Thereafter, the oxide film formed on the surface of the high thermal conductivity layer 2 can be removed by washing with a predetermined acid, for example.

次に、上記のようにしてヒートシンク1を形成した後の半導体基板14をたとえばMOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)装置内にセットした後に、たとえば図6の模式的断面図に示すように、ヒートシンク1の形成側とは反対側の半導体基板14の表面上に、n型半導体層13、活性層12およびp型半導体層11をこの順序でたとえばMOCVD法などによりエピタキシャル成長させる。   Next, after setting the semiconductor substrate 14 on which the heat sink 1 has been formed as described above, for example, in a MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition) apparatus, as shown in the schematic cross-sectional view of FIG. An n-type semiconductor layer 13, an active layer 12, and a p-type semiconductor layer 11 are epitaxially grown in this order by, for example, the MOCVD method or the like on the surface of the semiconductor substrate 14 on the side opposite to the formation side.

その後、n型半導体層13、活性層12およびp型半導体層11の一部をたとえばフォトエッチングなどにより除去した後に、たとえばリフトオフ法などを利用して、p型半導体層11上に半透明電極17およびp電極15を形成するとともに、n型半導体層13上にn電極16を形成する。   Thereafter, a part of the n-type semiconductor layer 13, the active layer 12, and the p-type semiconductor layer 11 is removed by, for example, photoetching, and then the semi-transparent electrode 17 is formed on the p-type semiconductor layer 11 by using, for example, a lift-off method. In addition, the p-electrode 15 and the n-electrode 16 are formed on the n-type semiconductor layer 13.

そして、たとえば円形回転刃などによって、上記のp電極15およびn電極16の形成後の半導体基板14を切断することによって、図1に示す模式的な断面を有する個々のLED素子に分割する。以上により、図1に示す構成のLED素子を得ることができる。   Then, the semiconductor substrate 14 after the formation of the p-electrode 15 and the n-electrode 16 is cut by, for example, a circular rotary blade, thereby being divided into individual LED elements having a schematic cross section shown in FIG. As described above, the LED element having the configuration shown in FIG. 1 can be obtained.

<作用>
以上のように、本発明においては、従来のように数百μm程度の厚さの共晶半田を用いてヒートシンク1とLED構造体10とを接合する必要がないことから、LED素子の表面やヒートシンクの表面にめっきなどの処理を行なう必要がなく、製造コストを抑えることができるとともに、共晶半田による熱抵抗が存在しないことから熱を効率的に外部に放出することができる。
<Action>
As described above, in the present invention, it is not necessary to join the heat sink 1 and the LED structure 10 using eutectic solder having a thickness of about several hundreds μm as in the prior art. It is not necessary to perform a treatment such as plating on the surface of the heat sink, the manufacturing cost can be reduced, and heat can be efficiently released to the outside because there is no thermal resistance due to the eutectic solder.

また、本発明においては、ヒートシンク1を構成する積層構造体の厚み方向の中央部から上方の部分と積層構造体の厚み方向の中央部から下方の部分とが積層構造体の厚み方向の中央部に関して対称となっていることから、ヒートシンク1に反りが発生するのを抑制することができる。これにより、ヒートシンク1に反りが発生することによって、ヒートシンク1が半導体基板14から剥離する等の問題の発生を回避することができ、製造歩留まりが向上し、半導体デバイスの製造コストを低減することができる。   In the present invention, the upper part from the central part in the thickness direction of the laminated structure constituting the heat sink 1 and the lower part from the central part in the thickness direction of the laminated structure are the central part in the thickness direction of the laminated structure. Therefore, it is possible to prevent the heat sink 1 from warping. Thereby, the occurrence of problems such as peeling of the heat sink 1 from the semiconductor substrate 14 due to warpage of the heat sink 1 can be avoided, the manufacturing yield can be improved, and the manufacturing cost of the semiconductor device can be reduced. it can.

また、本発明においては、従来よりも大幅に厚さを低減したヒートシンクを形成することができることから、ヒートシンク1の材料コストを低減できるとともに、LED素子への分割の際におけるヒートシンク1の切断が容易であるため、加工性が向上する。さらには、ヒートシンク1を非常に薄く形成することによって、LED素子の厚みも低減することができる。   Further, in the present invention, since the heat sink having a thickness significantly reduced as compared with the prior art can be formed, the material cost of the heat sink 1 can be reduced, and the heat sink 1 can be easily cut when divided into LED elements. Therefore, workability is improved. Furthermore, the thickness of the LED element can be reduced by forming the heat sink 1 very thin.

<その他の形態>
なお、ヒートシンク1は、上記の構成に限定されないことは言うまでもなく、高熱伝導率層2と低熱膨張率層3と高熱伝導率層2とがこの順序で積層された積層構造体を含むもの、または低熱膨張率層3と高熱伝導率層2と低熱膨張率層3とがこの順序で積層された積層構造体を含むものであれば特には限定されない。
<Other forms>
Needless to say, the heat sink 1 is not limited to the above configuration, and includes a laminated structure in which the high thermal conductivity layer 2, the low thermal expansion layer 3, and the high thermal conductivity layer 2 are laminated in this order, or There is no particular limitation as long as it includes a laminated structure in which the low thermal expansion layer 3, the high thermal conductivity layer 2, and the low thermal expansion layer 3 are laminated in this order.

また、ヒートシンク1は、上記の3層の構造に限定されるものではなく、たとえば5層などの3層以外の構造であってもよい。   The heat sink 1 is not limited to the above three-layer structure, and may have a structure other than three layers such as five layers.

また、ヒートシンク1の好ましい構成としては、たとえば図1に示すように、高熱伝導率層2と低熱膨張率層3と高熱伝導率層2とがこの順序で積層された3層構造の積層構造体であって、高熱伝導率層2が銅からなる層であるとともに、低熱膨張率層3がタングステンからなる層である構成が挙げられる。このような構成とすることによって、熱の放熱性に優れる特性と熱による変形を抑制できる特性とをともに高いレベルで兼ね備えたヒートシンク1を得ることができる傾向がさらに大きくなる。   As a preferable configuration of the heat sink 1, for example, as shown in FIG. 1, a three-layer structure in which a high thermal conductivity layer 2, a low thermal expansion layer 3, and a high thermal conductivity layer 2 are laminated in this order. In addition, there is a configuration in which the high thermal conductivity layer 2 is a layer made of copper and the low thermal expansion layer 3 is a layer made of tungsten. By adopting such a configuration, there is a greater tendency to obtain a heat sink 1 having a high level of both the characteristics of excellent heat dissipation and the characteristics of suppressing deformation due to heat.

また、上記において、LED構造体10は、p型半導体層11とn型半導体層13と活性層12とを含み、p型半導体層11とn型半導体層13との間に活性層12が設置されており、電流の注入により活性層12から発光する構造であれば特に限定なく用いることができ、たとえば、従来から公知のLED構造体を用いることができる。   In the above description, the LED structure 10 includes the p-type semiconductor layer 11, the n-type semiconductor layer 13, and the active layer 12, and the active layer 12 is disposed between the p-type semiconductor layer 11 and the n-type semiconductor layer 13. In addition, any structure that emits light from the active layer 12 by current injection can be used without particular limitation. For example, a conventionally known LED structure can be used.

たとえば、図1に示す構成のLED素子のn電極16を陰極とし、p電極15を陽極として、p電極15とn電極16との間に電圧を印加して、LED構造体10の内部にp電極15からn電極16に向かって電流を流す。すると、LED構造体10のp型半導体層11とn型半導体層13との間の活性層12で発光する。   For example, the n-electrode 16 of the LED element having the configuration shown in FIG. 1 is used as a cathode, the p-electrode 15 is used as an anode, a voltage is applied between the p-electrode 15 and the n-electrode 16, and p inside the LED structure 10. A current is passed from the electrode 15 toward the n-electrode 16. Then, light is emitted from the active layer 12 between the p-type semiconductor layer 11 and the n-type semiconductor layer 13 of the LED structure 10.

なお、p型半導体層11はp型不純物がドープされているp型の導電型を有する半導体層のことであり、n型半導体層13はn型不純物がドープされているn型の導電型を有する半導体層のことであることは言うまでもない。また、活性層12は、p型またはn型のいずれか一方の導電型を有していてもよく、p型不純物およびn型不純物のいずれの不純物もドープされていないアンドープの半導体層であってもよい。   The p-type semiconductor layer 11 is a semiconductor layer having a p-type conductivity type doped with a p-type impurity, and the n-type semiconductor layer 13 is an n-type conductivity type doped with an n-type impurity. Needless to say, this is a semiconductor layer. The active layer 12 may have either a p-type or n-type conductivity type, and is an undoped semiconductor layer in which neither p-type impurity nor n-type impurity is doped. Also good.

なかでも、LED構造体10としては、p型半導体層11、活性層12およびn型半導体層13にそれぞれIII族元素(Al、InおよびGaからなる群から選択された少なくとも1種)とV族元素(窒素)との化合物であるIII−V族窒化物半導体を用いることが好ましい。この場合には、活性層12から青色の光を発光させることが可能となる。   In particular, as the LED structure 10, the p-type semiconductor layer 11, the active layer 12, and the n-type semiconductor layer 13 each include a group III element (at least one selected from the group consisting of Al, In, and Ga) and a group V. It is preferable to use a group III-V nitride semiconductor which is a compound with an element (nitrogen). In this case, blue light can be emitted from the active layer 12.

活性層12から青色の光を発光させることが可能なLED構造体10の構成の一例としては、たとえば、図1に示す半導体基板14としてGaN基板またはサファイア基板を用い、p型半導体層11としてp型GaN層を用い、活性層12としてアンドープInGaN層を用い、n型半導体層13としてn型GaN層を用いた構成などを挙げることができる。   As an example of the configuration of the LED structure 10 capable of emitting blue light from the active layer 12, for example, a GaN substrate or a sapphire substrate is used as the semiconductor substrate 14 shown in FIG. A configuration in which an n-type GaN layer is used, an undoped InGaN layer is used as the active layer 12, and an n-type GaN layer is used as the n-type semiconductor layer 13 can be exemplified.

また、本発明の半導体デバイスは、LED素子に限られず、たとえば半導体レーザ素子または電界効果トランジスタなどのLED素子以外の半導体デバイスにも適用することができる。ここで、活性層12から青色の光を発光させることが可能なLED構造体10以外の半導体デバイスに用いられる半導体基板14としては、たとえば、シリコン基板、炭化ケイ素基板またはガリウム砒素基板などを用いることができる。   The semiconductor device of the present invention is not limited to an LED element, and can be applied to a semiconductor device other than an LED element such as a semiconductor laser element or a field effect transistor. Here, as the semiconductor substrate 14 used for the semiconductor device other than the LED structure 10 capable of emitting blue light from the active layer 12, for example, a silicon substrate, a silicon carbide substrate, a gallium arsenide substrate, or the like is used. Can do.

また、上記においては、電気めっき液9を用いて高熱伝導率層2を形成し、溶融塩浴8を用いて低熱膨張率層3を形成することによってヒートシンク1を形成したが、高熱伝導率層2および低熱膨張率層3の形成方法はこれらに限定されないことは言うまでもない。たとえばスパッタ法などの従来から公知の気相法により高熱伝導率層2および低熱膨張率層3をそれぞれ形成することによってもヒートシンク1を形成することができる。また、高熱伝導率層2は、たとえば、上記の電気めっき液の電解による形成とスパッタ法などの気相法による形成とを組み合わせて形成されてもよく、低熱膨張率層3は、たとえば、上記の溶融塩浴の電解による形成とスパッタ法などの気相法による形成とを組み合わせて形成されてもよい。   In the above, the heat sink 1 is formed by forming the high thermal conductivity layer 2 using the electroplating solution 9 and forming the low thermal expansion layer 3 using the molten salt bath 8. Needless to say, the method of forming the layer 2 and the low thermal expansion layer 3 is not limited to these. For example, the heat sink 1 can also be formed by forming the high thermal conductivity layer 2 and the low thermal expansion layer 3 by a conventionally known vapor phase method such as sputtering. Moreover, the high thermal conductivity layer 2 may be formed by combining, for example, the formation of the electroplating solution by electrolysis and the formation of a vapor phase method such as a sputtering method. Alternatively, the formation of the molten salt bath by electrolysis and the formation by a vapor phase method such as a sputtering method may be combined.

たとえば、高熱伝導率層2および/または低熱膨張率層3が非金属から構成されている場合には、たとえばスパッタ法などの気相法により形成することができる。   For example, when the high thermal conductivity layer 2 and / or the low thermal expansion layer 3 is made of a nonmetal, it can be formed by a vapor phase method such as a sputtering method.

また、上記においては、導電層21、高熱伝導率層2、低熱膨張率層3および高熱伝導率層2の順序で形成したが、上記とは逆方向に、高熱伝導率層2、低熱膨張率層3、高熱伝導率層2および導電層21の順序で形成してもよい。   In the above, the conductive layer 21, the high thermal conductivity layer 2, the low thermal expansion layer 3 and the high thermal conductivity layer 2 are formed in this order, but the high thermal conductivity layer 2 and the low thermal expansion coefficient are in the opposite direction. The layer 3, the high thermal conductivity layer 2, and the conductive layer 21 may be formed in this order.

<溶融塩浴の好ましい構成>
本発明に用いられる溶融塩浴8の好ましい構成の一例について以下に述べるが、本発明に用いられる溶融塩浴8は、以下の構成に限定されるものではない。
<Preferred configuration of molten salt bath>
An example of a preferable configuration of the molten salt bath 8 used in the present invention will be described below, but the molten salt bath 8 used in the present invention is not limited to the following configuration.

たとえば、タングステンからなる低熱膨張率層3を溶融塩浴8を用いて形成する場合には、リチウム原子と、ナトリウム原子と、カリウム原子と、タングステン原子と、酸素原子と、塩素原子とを含む溶融塩浴8が好適に用いられる。   For example, in the case where the low thermal expansion layer 3 made of tungsten is formed using the molten salt bath 8, a molten material containing lithium atoms, sodium atoms, potassium atoms, tungsten atoms, oxygen atoms, and chlorine atoms. A salt bath 8 is preferably used.

ここで、ナトリウム原子は、溶融塩浴8中に、リチウム原子100原子に対して25原子以上400原子以下の割合で含まれている。また、カリウム原子は、溶融塩浴8中に、リチウム原子100原子に対して25原子以上185原子以下の割合で含まれている。また、タングステン原子は、溶融塩浴8中に、リチウム原子とナトリウム原子とカリウム原子との総原子数100原子に対して10原子以上40原子以下の割合で含まれている。また、酸素原子は、溶融塩浴8中に、リチウム原子とナトリウム原子とカリウム原子との総原子数100原子に対して40原子以上160原子以下の割合で含まれている。さらに、塩素原子は、溶融塩浴8中に、リチウム原子とナトリウム原子とカリウム原子との総原子数100原子に対して20原子以上80原子以下の割合で含まれている。   Here, sodium atoms are contained in the molten salt bath 8 at a ratio of 25 to 400 atoms with respect to 100 atoms of lithium atoms. Further, potassium atoms are contained in the molten salt bath 8 at a ratio of 25 atoms or more and 185 atoms or less with respect to 100 atoms of lithium atoms. Further, tungsten atoms are contained in the molten salt bath 8 at a ratio of 10 to 40 atoms with respect to 100 total atoms of lithium atoms, sodium atoms and potassium atoms. Further, oxygen atoms are contained in the molten salt bath 8 at a ratio of 40 atoms or more and 160 atoms or less with respect to a total of 100 atoms of lithium atoms, sodium atoms, and potassium atoms. Furthermore, chlorine atoms are contained in the molten salt bath 8 at a ratio of 20 atoms or more and 80 atoms or less with respect to a total of 100 atoms of lithium atoms, sodium atoms, and potassium atoms.

なお、上記の溶融塩浴8に、ナトリウム原子がリチウム原子100原子に対して25原子以上400原子以下の割合で含まれておらず、かつカリウム原子がリチウム原子100原子に対して25原子以上185原子以下の割合で含まれていない場合には、溶融塩浴8の融点が上昇して、タングステンが析出する基材(たとえば高熱伝導率層2など)への熱による悪影響が大きくなるため、タングステン析出用の溶融塩浴に適さない傾向にある。   The molten salt bath 8 does not contain sodium atoms in a proportion of 25 to 400 atoms with respect to 100 atoms of lithium atoms, and 25 to 185 atoms of potassium atoms with respect to 100 atoms of lithium atoms. If it is not contained in a proportion of atoms or less, the melting point of the molten salt bath 8 rises, and the adverse effect of heat on the base material on which tungsten is deposited (for example, the high thermal conductivity layer 2) increases. It tends to be unsuitable for a molten salt bath for precipitation.

また、上記の溶融塩浴8中において、タングステン原子の含有量が、リチウム原子とナトリウム原子とカリウム原子との総原子数100原子に対して40原子を超える場合には、溶融塩浴8の融点が上昇して、溶融塩浴8の粘度が増大するため、タングステンが析出する基材(たとえば高熱伝導率層2など)へのタングステンイオンの供給が抑制されて、表面が平滑なタングステン析出物が得られない傾向にある。また、この場合には、未溶解塩が溶融塩浴8中を浮遊して、タングステン析出物に取り込まれるなどの不具合の原因となるため、タングステン析出用の溶融塩浴に適さなくなる傾向にある。   In the molten salt bath 8, when the content of tungsten atoms exceeds 40 atoms with respect to 100 atoms in total of lithium atoms, sodium atoms, and potassium atoms, the melting point of the molten salt bath 8 Rises and the viscosity of the molten salt bath 8 increases, so that the supply of tungsten ions to a substrate on which tungsten is deposited (for example, the high thermal conductivity layer 2 and the like) is suppressed, and a tungsten precipitate having a smooth surface is formed. It tends not to be obtained. Further, in this case, undissolved salt floats in the molten salt bath 8 and becomes a cause of defects such as being taken into the tungsten precipitate, so that it tends to be unsuitable for a molten salt bath for tungsten precipitation.

また、上記の溶融塩浴8中において、タングステン原子の含有量が、リチウム原子とナトリウム原子とカリウム原子との総原子数100原子に対して10原子未満である場合には、溶融塩浴8中におけるタングステンの濃度が少ないためにタングステンが析出する基材(たとえば高熱伝導率層2など)へのタングステンイオンの供給が十分に行なわれず、タングステン析出物がデンドライト状になりやすいため、タングステン析出用の溶融塩浴に適さなくなる傾向にある。   Further, in the molten salt bath 8 described above, when the content of tungsten atoms is less than 10 atoms with respect to the total number of atoms of lithium atoms, sodium atoms and potassium atoms of 100 atoms, Since the tungsten concentration in the substrate is low, tungsten ions are not sufficiently supplied to the base material on which tungsten is deposited (for example, the high thermal conductivity layer 2), and the tungsten precipitate tends to be dendritic. It tends to be unsuitable for a molten salt bath.

また、上記の溶融塩浴8中において、酸素原子の含有量がリチウム原子とナトリウム原子とカリウム原子との総原子数100原子に対して160原子を超える場合には、溶融塩浴8の粘度が高くなりすぎるため、基材(たとえば高熱伝導率層2など)の表面へのタングステンイオンの供給が遅くなる。これにより、デンドライト状のタングステン析出物が得られやすくなり、タングステン析出物中に酸素原子が取り込まれやすくなって、タングステン析出物中における酸素の含有量が増大して不純物が増加するため、タングステン析出用の溶融塩浴に適さなくなる傾向にある。   Further, in the molten salt bath 8 described above, when the oxygen atom content exceeds 160 atoms with respect to the total number of atoms of lithium atoms, sodium atoms and potassium atoms being 100 atoms, the viscosity of the molten salt bath 8 is Since it becomes too high, the supply of tungsten ions to the surface of the substrate (for example, the high thermal conductivity layer 2 or the like) is delayed. This makes it easy to obtain dendritic tungsten precipitates, oxygen atoms are easily taken into the tungsten precipitates, and the content of oxygen in the tungsten precipitates increases, resulting in an increase in impurities. Tend not to be suitable for molten salt baths.

また、上記の溶融塩浴8中において、酸素原子の含有量がリチウム原子とナトリウム原子とカリウム原子との総原子数100原子に対して40原子未満である場合には、タングステンの配位状態が変わり、タングステン析出物からなる低熱膨張率層3の表面の平滑性が悪化するため、タングステン析出用の溶融塩浴に適さなくなる傾向にある。   Further, in the molten salt bath 8 described above, when the content of oxygen atoms is less than 40 atoms with respect to 100 atoms in total of lithium atoms, sodium atoms, and potassium atoms, the coordination state of tungsten is Instead, the smoothness of the surface of the low thermal expansion coefficient layer 3 made of tungsten precipitates is deteriorated, so that it tends to be unsuitable for a molten salt bath for tungsten precipitation.

また、上記の溶融塩浴8中において、塩素原子の含有量がリチウム原子とナトリウム原子とカリウム原子との総原子数100原子に対して80原子を超える場合には、タングステンの配位状態が変わり、タングステン析出物からなる低熱膨張率層3の表面の平滑性が悪化するため、タングステン析出用の溶融塩浴に適さなくなる傾向にある。   In the molten salt bath 8, when the content of chlorine atoms exceeds 80 atoms with respect to the total number of atoms of lithium atoms, sodium atoms, and potassium atoms, the coordination state of tungsten changes. Since the smoothness of the surface of the low thermal expansion layer 3 made of tungsten precipitates deteriorates, it tends to be unsuitable for a molten salt bath for tungsten precipitation.

また、上記の溶融塩浴8中において、塩素原子の含有量がリチウム原子とナトリウム原子とカリウム原子との総原子数100原子に対して20原子未満である場合には、溶融塩浴8の粘度が増大して、基材(たとえば高熱伝導率層2など)へのタングステンイオンの供給が抑制され、表面の平滑なタングステン析出物からなる低熱膨張率層3が得られなくなるため、タングステン析出用の溶融塩浴に適さなくなる傾向にある。   In the molten salt bath 8, when the chlorine atom content is less than 20 atoms with respect to 100 atoms in total of lithium atoms, sodium atoms, and potassium atoms, the viscosity of the molten salt bath 8 is Increases, the supply of tungsten ions to the base material (for example, the high thermal conductivity layer 2) is suppressed, and the low thermal expansion layer 3 made of tungsten precipitates with a smooth surface cannot be obtained. It tends to be unsuitable for a molten salt bath.

上記の溶融塩浴8中において、ナトリウム原子は、リチウム原子100原子に対して70原子以上85原子以下の割合で含まれていることが好ましい。上記の溶融塩浴8中におけるナトリウム原子の含有量がリチウム原子100原子に対して70原子以上85原子以下の範囲内にある場合には表面の平滑性の高いタングステン析出物からなる低熱膨張率層3が得られる傾向にある。   In the molten salt bath 8, sodium atoms are preferably contained in a proportion of 70 to 85 atoms with respect to 100 atoms of lithium atoms. When the content of sodium atoms in the molten salt bath 8 is in the range of 70 atoms or more and 85 atoms or less with respect to 100 atoms of lithium atoms, a low thermal expansion coefficient layer comprising a tungsten precipitate having high surface smoothness 3 tends to be obtained.

また、上記の溶融塩浴8中において、カリウム原子は、リチウム原子100原子に対して40原子以上50原子以下の割合で含まれていることが好ましい。上記の溶融塩浴8中におけるカリウム原子の含有量がリチウム原子100原子に対して40原子以上50原子以下の範囲内にある場合には溶融塩浴8の融点の上昇を抑えることができるため、表面の平滑性の高いタングステン析出物からなる低熱膨張率層3が得られる傾向にある。   Moreover, in said molten salt bath 8, it is preferable that a potassium atom is contained in the ratio of 40 to 50 atoms with respect to 100 atoms of lithium atoms. When the content of potassium atoms in the molten salt bath 8 is in the range of 40 to 50 atoms with respect to 100 atoms of lithium atoms, an increase in the melting point of the molten salt bath 8 can be suppressed, There is a tendency to obtain a low coefficient of thermal expansion layer 3 made of a tungsten precipitate having a high surface smoothness.

また、上記の溶融塩浴8中において、タングステン原子は、リチウム原子とナトリウム原子とカリウム原子との総原子数100原子に対して20原子以上30原子以下の割合で含まれていることが好ましい。上記の溶融塩浴8中におけるタングステン原子の含有量がリチウム原子とナトリウム原子とカリウム原子との総原子数100原子に対して20原子以上30原子以下である場合に比較的低い温度域で電解することができる傾向にある。また、電解時の温度が同一である場合でも、他の溶融塩浴と比べて溶融塩浴8の粘度が低くなるため、基材(たとえば高熱伝導率層2など)へのタングステンイオンの供給が早くなり、タングステンを析出するための電流密度の範囲が広がる傾向にある。   In the molten salt bath 8 described above, tungsten atoms are preferably contained in a proportion of 20 to 30 atoms with respect to 100 total atoms of lithium atoms, sodium atoms, and potassium atoms. When the content of tungsten atoms in the molten salt bath 8 is 20 atoms or more and 30 atoms or less with respect to a total of 100 atoms of lithium atoms, sodium atoms, and potassium atoms, electrolysis is performed at a relatively low temperature range. Tend to be able to. Even when the temperature during electrolysis is the same, since the viscosity of the molten salt bath 8 is lower than that of other molten salt baths, tungsten ions can be supplied to the base material (for example, the high thermal conductivity layer 2). It becomes faster and the range of current density for depositing tungsten tends to widen.

また、上記の溶融塩浴8中において、酸素原子は、リチウム原子とナトリウム原子とカリウム原子との総原子数100原子に対して80原子以上120原子以下の割合で含まれていることが好ましい。上記の溶融塩浴8中における酸素原子の含有量がリチウム原子とナトリウム原子とカリウム原子との総原子数100原子に対して80原子以上120原子以下の範囲内にある場合には溶融塩浴8の粘度が低く、タングステンの配位状態が電解に好適であり、タングステンを析出するための電流密度の範囲が広がる傾向にある。   In the molten salt bath 8, oxygen atoms are preferably contained in a proportion of 80 atoms or more and 120 atoms or less with respect to 100 atoms in total of lithium atoms, sodium atoms, and potassium atoms. When the content of oxygen atoms in the molten salt bath 8 is in the range of 80 atoms or more and 120 atoms or less with respect to 100 atoms in total of lithium atoms, sodium atoms and potassium atoms, the molten salt bath 8 The viscosity of is low, the coordination state of tungsten is suitable for electrolysis, and the range of current density for depositing tungsten tends to widen.

上記の溶融塩浴8中において、塩素原子は、リチウム原子とナトリウム原子とカリウム原子との総原子数100原子に対して40原子以上60原子以下の割合で含まれていることが好ましい。上記の溶融塩浴8中における塩素原子の含有量がリチウム原子100原子に対して40原子以上60原子以下の範囲内にある場合には溶融塩浴8の粘度が低く、タングステンの配位状態が電解に好適であり、タングステンを析出するための電流密度の範囲が広がる傾向にある。   In the molten salt bath 8 described above, the chlorine atoms are preferably contained in a proportion of 40 to 60 atoms with respect to a total of 100 atoms of lithium atoms, sodium atoms, and potassium atoms. When the content of chlorine atoms in the molten salt bath 8 is in the range of 40 to 60 atoms with respect to 100 atoms of lithium atoms, the viscosity of the molten salt bath 8 is low and the coordination state of tungsten is low. It is suitable for electrolysis and tends to widen the range of current density for depositing tungsten.

また、上記の溶融塩浴8は、上記の原子に加えて、さらにフッ素原子を含んでいることが好ましい。ここで、上記の溶融塩浴8中において、フッ素原子は、タングステン原子100原子に対して5原子以上165原子以下の割合で含まれていることがより好ましく、タングステン原子100原子に対して10原子以上20原子以下の割合で含まれていることがさらに好ましい。   The molten salt bath 8 preferably further contains fluorine atoms in addition to the above atoms. Here, in the molten salt bath 8, fluorine atoms are more preferably contained in a proportion of 5 to 165 atoms with respect to 100 atoms of tungsten atoms, and 10 atoms with respect to 100 atoms of tungsten atoms. More preferably, it is contained in a proportion of 20 atoms or less.

上記の溶融塩浴8がフッ素原子を含む場合には、上記の溶融塩浴8を電解して析出したタングステン析出物からなる低熱膨張率層3の表面の平滑性が向上する傾向にある。なかでも、上記の溶融塩浴8中におけるフッ素原子の含有量がリチウム原子100原子に対して5原子以上165原子以下である場合、特にタングステン原子100原子に対して10原子以上20原子以下である場合には、上記の溶融塩浴8を電解して析出したタングステン析出物からなる低熱膨張率層3の表面の平滑性がさらに向上する傾向にある。   When the molten salt bath 8 contains fluorine atoms, the smoothness of the surface of the low coefficient of thermal expansion layer 3 made of tungsten precipitates deposited by electrolyzing the molten salt bath 8 tends to be improved. In particular, when the fluorine atom content in the molten salt bath 8 is 5 atoms or more and 165 atoms or less with respect to 100 atoms of lithium atoms, it is particularly 10 atoms or more and 20 atoms or less with respect to 100 atoms of tungsten atoms. In this case, the smoothness of the surface of the low coefficient of thermal expansion layer 3 made of the tungsten precipitate deposited by electrolyzing the molten salt bath 8 tends to be further improved.

なお、上記のリチウム原子、ナトリウム原子、カリウム原子、タングステン原子、酸素原子、塩素原子およびフッ素原子の溶融塩浴8中における形態は特に限定されず、たとえばイオンとして存在したり、錯体を構成した状態で存在していてもよい。また、上記の溶融塩浴8を構成する酸素原子以外の原子は、本発明の溶融塩浴を水に溶解させた試料についてICP分光分析(inductively coupled plasma spectrometry)を行なうことによって検出することができる。   The form of the lithium atom, sodium atom, potassium atom, tungsten atom, oxygen atom, chlorine atom and fluorine atom in the molten salt bath 8 is not particularly limited. For example, it exists as an ion or forms a complex May exist. Further, atoms other than oxygen atoms constituting the molten salt bath 8 can be detected by performing ICP spectroscopic analysis (inductively coupled plasma spectrometry) on a sample obtained by dissolving the molten salt bath of the present invention in water. .

また、上記の溶融塩浴8中の酸素原子は、上記の溶融塩浴8について不活性ガス融解赤外吸収法を用いることによって確認することができる。ここで、不活性ガス融解赤外吸収法は、たとえば以下のようにして行なうことができる。   The oxygen atoms in the molten salt bath 8 can be confirmed by using an inert gas melting infrared absorption method for the molten salt bath 8. Here, the inert gas melting infrared absorption method can be performed, for example, as follows.

まず、ヘリウムガス雰囲気中においてカーボン坩堝に上記の溶融塩浴8を収容した後に、カーボン坩堝を加熱することによって上記の溶融塩浴8中から酸素を生じさせる。すると、この酸素がカーボン坩堝の炭素と反応して一酸化炭素や二酸化炭素を生成する。次に、生成した一酸化炭素や二酸化炭素を含む雰囲気中に赤外線を照射する。最後に、雰囲気中の一酸化炭素や二酸化炭素が吸収することによって生じた赤外線の減衰量を調査することによって上記の溶融塩浴8中の酸素の存在および含有量を確認することができる。   First, after the molten salt bath 8 is accommodated in a carbon crucible in a helium gas atmosphere, oxygen is generated from the molten salt bath 8 by heating the carbon crucible. Then, this oxygen reacts with the carbon in the carbon crucible to produce carbon monoxide and carbon dioxide. Next, infrared rays are irradiated in the atmosphere containing the generated carbon monoxide and carbon dioxide. Finally, the presence and content of oxygen in the molten salt bath 8 can be confirmed by investigating the attenuation amount of infrared rays generated by the absorption of carbon monoxide and carbon dioxide in the atmosphere.

上記の溶融塩浴8は、たとえば、少なくとも、タングステン酸リチウムと、タングステン酸ナトリウムと、タングステン酸カリウムと、アルカリ金属の塩化物とを混合することにより作製することができる。   The molten salt bath 8 can be produced, for example, by mixing at least lithium tungstate, sodium tungstate, potassium tungstate, and alkali metal chloride.

ここで、アルカリ金属の塩化物は、塩化リチウム、塩化ナトリウムおよび塩化カリウムからなる群から選択された少なくとも1種であることが好ましい。   Here, the alkali metal chloride is preferably at least one selected from the group consisting of lithium chloride, sodium chloride and potassium chloride.

そして、タングステン酸リチウムと、タングステン酸ナトリウムと、タングステン酸カリウムと、アルカリ金属の塩化物とを混合して混合物を作製し、その混合物を加熱して溶融させることにより、上記の溶融塩浴8を製造することができる。   Then, lithium tungstate, sodium tungstate, potassium tungstate, and alkali metal chloride are mixed to prepare a mixture, and the mixture is heated and melted, whereby the above molten salt bath 8 is prepared. Can be manufactured.

なお、タングステン酸リチウム、タングステン酸ナトリウム、タングステン酸カリウムおよびアルカリ金属の塩化物がそれぞれ固体ではなく融液の状態にある場合には、タングステン酸リチウムの融液、タングステン酸ナトリウムの融液、タングステン酸カリウムの融液およびアルカリ金属の塩化物の融液を混合するだけで上記の溶融塩浴8を製造することができる。   When lithium tungstate, sodium tungstate, potassium tungstate, and alkali metal chloride are not in solid form but in a molten state, lithium tungstate, sodium tungstate, tungstic acid The molten salt bath 8 can be produced simply by mixing the potassium melt and the alkali metal chloride melt.

また、上記の溶融塩浴8は、たとえば、タングステン酸リチウム100物質量に対してタングステン酸ナトリウムを24物質量以上400物質量以下混合し、タングステン酸カリウムを5物質量以上184物質量以下混合することにより作製することができる。また、アルカリ金属の塩化物は、たとえば、タングステン酸リチウム100物質量に対して115物質量以上1770物質量以下の割合で混合することができる。   In the molten salt bath 8, for example, sodium tungstate is mixed in an amount of 24 to 400 substances with respect to 100 substances of lithium tungstate, and potassium tungstate is mixed in an amount of 5 to 184 substances. Can be produced. In addition, the alkali metal chloride can be mixed, for example, at a ratio of 115 to 1770 substances with respect to 100 substances of lithium tungstate.

また、上記の溶融塩浴8中にフッ素原子を含有させる場合には、上記の成分に、たとえば、フッ化リチウム、フッ化ナトリウムおよびフッ化カリウムからなる群から選択された少なくとも1種のアルカリ金属のフッ化物を混合することにより作製することができる。   In addition, when the molten salt bath 8 contains a fluorine atom, the above-described component includes, for example, at least one alkali metal selected from the group consisting of lithium fluoride, sodium fluoride, and potassium fluoride. It can produce by mixing the fluoride of.

上記の溶融塩浴8を電解することによって析出したタングステン析出物からなる低熱膨張率層3は、表面の平滑性が向上することに特徴がある。   The low thermal expansion coefficient layer 3 made of tungsten precipitates deposited by electrolyzing the molten salt bath 8 is characterized by improved surface smoothness.

また、本発明において、溶融塩浴8としては、上記以外にも、たとえば、フッ化カリウム(KF)と酸化ホウ素(B23)と酸化タングステン(WO3)とをたとえば67:26:7のモル比で混合した混合物を溶融して作製した溶融塩浴などを用いることもできる。 In the present invention, as the molten salt bath 8, in addition to the above, for example, potassium fluoride (KF), boron oxide (B 2 O 3 ), and tungsten oxide (WO 3 ), for example, 67: 26: 7 It is also possible to use a molten salt bath or the like prepared by melting a mixture mixed at a molar ratio of

<実施例1のヒートシンクの作製>
まず、直径が100mmの円形状の表面を有し、厚さが500μmのサファイア基板を1枚用意した。
<Preparation of Heat Sink of Example 1>
First, one sapphire substrate having a circular surface with a diameter of 100 mm and a thickness of 500 μm was prepared.

次に、サファイア基板の一方の表面上にスパッタ法によりニッケル層を50nm程度の厚さに形成して導電層を形成した。   Next, a nickel layer having a thickness of about 50 nm was formed on one surface of the sapphire substrate by sputtering to form a conductive layer.

次に、上記のグローブボックスの外で、上記の導電層の形成後のサファイア基板を、パイレックス(登録商標)ビーカーに収容された硫酸銅めっき液(上村工業(株)製のレブコEX)中のそれぞれに1枚ずつ含リン銅からなる対向電極とともに、サファイア基板と対向電極とが対向するようにして浸漬させた。   Next, outside the glove box, the sapphire substrate after the formation of the conductive layer is placed in a copper sulfate plating solution (Rebco EX manufactured by Uemura Kogyo Co., Ltd.) contained in a Pyrex (registered trademark) beaker. One sapphire substrate and the counter electrode were immersed together with the counter electrode made of phosphorous copper one by one.

そして、硫酸銅めっき液の温度を30℃に保持した状態で、陽極としての対向電極および陰極としてのサファイア基板上の導電層の表面1cm2当たり20mA(ミリアンペア)の電流(電流密度20mA/cm2)が流れるように上記の陽極と陰極との間に電流を45分間流した。 Then, with the temperature of the copper sulfate plating solution maintained at 30 ° C., a current of 20 mA (milliampere) per 1 cm 2 of the surface of the conductive layer on the counter electrode as the anode and the sapphire substrate as the cathode (current density 20 mA / cm 2). ) Was allowed to flow for 45 minutes between the anode and cathode.

このような条件で硫酸銅めっき液の電解を行なうことにより、陰極であるサファイア基板上の導電層の表面上にそれぞれ銅を析出させて銅析出物からなる高熱伝導率層(1層目)を20μmの厚さに形成した。   By conducting electrolysis of the copper sulfate plating solution under such conditions, copper is deposited on the surface of the conductive layer on the sapphire substrate, which is the cathode, to form a high thermal conductivity layer (first layer) made of copper precipitates. It was formed to a thickness of 20 μm.

次に、上記のグローブボックスの外で、高熱伝導率層の形成後のサファイア基板を硫酸銅めっき液から取り出し、イオン交換水によって高熱伝導率層に付着している硫酸銅めっき液を洗って除去するとともに、その後、酸で洗うことによって高熱伝導率層の表面に形成された酸化膜を除去した。   Next, outside the above glove box, the sapphire substrate after the formation of the high thermal conductivity layer is taken out from the copper sulfate plating solution, and the copper sulfate plating solution adhering to the high thermal conductivity layer is washed and removed with ion exchange water. At the same time, the oxide film formed on the surface of the high thermal conductivity layer was removed by washing with an acid.

次に、フッ化カリウム(KF)粉末と酸化ホウ素(B23)粉末と酸化タングステン(WO3)粉末とを67:26:7のモル比で混合した混合物を作製し、その混合物をSiC製の坩堝(アズワン(株)製)に投入した。 Next, a mixture is prepared by mixing potassium fluoride (KF) powder, boron oxide (B 2 O 3 ) powder and tungsten oxide (WO 3 ) powder in a molar ratio of 67: 26: 7, and the mixture is made of SiC. The crucible made by Aswan Co., Ltd. was used.

ここで、フッ化カリウム(KF)粉末、酸化ホウ素(B23)粉末および酸化タングステン(WO3)粉末はそれぞれAr(アルゴン)雰囲気のグローブボックス内で秤量され、同じグローブボックス内にあるアルミナ製の坩堝に投入された。 Here, potassium fluoride (KF) powder, boron oxide (B 2 O 3 ) powder, and tungsten oxide (WO 3 ) powder are each weighed in a glove box in an Ar (argon) atmosphere, and alumina in the same glove box. It was put into a made crucible.

次に、上記の混合物が投入されたアルミナ製の坩堝をマントルヒーターを用いて850℃に加熱することによって上記の混合物を溶融し、実施例1の溶融塩浴を作製した。   Next, the alumina crucible charged with the above mixture was heated to 850 ° C. using a mantle heater to melt the above mixture, and the molten salt bath of Example 1 was produced.

次に、上記のグローブボックス内で、実施例1の溶融塩浴に、タングステン板からなる対向電極(陽極)とともに上記の高熱伝導率層の形成後のサファイア基板上の導電層(陰極)を対向電極と対向するように浸漬させた。   Next, in the above-mentioned glove box, the conductive layer (cathode) on the sapphire substrate after the formation of the high thermal conductivity layer is opposed to the molten salt bath of Example 1 together with the counter electrode (anode) made of a tungsten plate. It was immersed so as to face the electrode.

ここで、上記の陽極および陰極にはそれぞれニッケル線を溶接し、ニッケル線から陽極と陰極との間に電流を供給できる構造とした。   Here, a nickel wire is welded to each of the anode and the cathode, and a current can be supplied from the nickel wire between the anode and the cathode.

そして、実施例1の溶融塩浴の温度を850℃に保持した状態で、陽極および陰極を揺動させながら陽極の表面1cm2当たり30mA(ミリアンペア)の電流(電流密度30mA/cm2)が流れるように上記の陽極と陰極との間に電流を204分間流した。 In the state where the temperature of the molten salt bath of Example 1 is maintained at 850 ° C., a current (current density of 30 mA / cm 2 ) of 30 mA (milliampere) flows per 1 cm 2 of the anode surface while the anode and the cathode are swung. As described above, a current was passed between the anode and the cathode for 204 minutes.

このような条件で実施例1の溶融塩浴の電解を行なうことにより、陰極である導電層上の高熱伝導率層の表面上にタングステンを析出させてタングステン析出物からなる低熱膨張率層(2層目)を60μmの厚さに形成した。   By conducting the electrolysis of the molten salt bath of Example 1 under such conditions, tungsten is deposited on the surface of the high thermal conductivity layer on the conductive layer which is the cathode, and the low thermal expansion coefficient layer (2 Layer) was formed to a thickness of 60 μm.

次に、上記のグローブボックスの外で、上記の低熱膨張率層の形成後のサファイア基板を実施例1の溶融塩浴から取り出し、イオン交換水によって低熱膨張率層に付着している溶融塩浴を洗って除去した後に、酸で洗うことによって低熱膨張率層の表面に形成された酸化膜を除去した。   Next, outside the glove box, the sapphire substrate after the formation of the low thermal expansion layer is taken out from the molten salt bath of Example 1, and the molten salt bath is attached to the low thermal expansion layer by ion exchange water. After washing and removing, the oxide film formed on the surface of the low thermal expansion layer was removed by washing with acid.

次に、上記のグローブボックスの外で、上記の低熱膨張率層の形成後のサファイア基板を、パイレックス(登録商標)ビーカーに収容された硫酸銅めっき液(上村工業(株)製のレブコEX)中に1枚の含リン銅からなる対向電極とともに、サファイア基板と対向電極とが対向するようにして浸漬させた。   Next, outside of the glove box, the sapphire substrate after the formation of the low thermal expansion layer is a copper sulfate plating solution contained in a Pyrex (registered trademark) beaker (Rebco EX manufactured by Uemura Kogyo Co., Ltd.). The sapphire substrate and the counter electrode were immersed together with the counter electrode made of one sheet of phosphorous copper.

そして、硫酸銅めっき液の温度を30℃に保持した状態で、陽極としての対向電極および陰極としてのサファイア基板上の導電層の表面1cm2当たり20mA(ミリアンペア)の電流(電流密度20mA/cm2)が流れるように上記の陽極と陰極との間に電流を45分間流した。 Then, with the temperature of the copper sulfate plating solution maintained at 30 ° C., a current of 20 mA (milliampere) per 1 cm 2 of the surface of the conductive layer on the counter electrode as the anode and the sapphire substrate as the cathode (current density 20 mA / cm 2). ) Was allowed to flow for 45 minutes between the anode and cathode.

このような条件で硫酸銅めっき液の電解を行なうことにより、陰極であるサファイア基板に形成された低熱膨張率層の表面上に銅を析出させて銅析出物からなる高熱伝導率層(3層目)を20μmの厚さに形成した。   By electrolyzing the copper sulfate plating solution under such conditions, copper is deposited on the surface of the low thermal expansion layer formed on the sapphire substrate, which is the cathode, and a high thermal conductivity layer (three layers) made of a copper precipitate is formed. Eyes) was formed to a thickness of 20 μm.

次に、上記のグローブボックスの外で、高熱伝導率層の形成後のサファイア基板を硫酸銅めっき液から取り出し、イオン交換水によって高熱伝導率層に付着している硫酸銅めっき液を洗って除去するとともに、その後、酸で洗うことによって高熱伝導率層の表面に形成された酸化膜を除去した。   Next, outside the above glove box, the sapphire substrate after the formation of the high thermal conductivity layer is taken out from the copper sulfate plating solution, and the copper sulfate plating solution adhering to the high thermal conductivity layer is washed and removed with ion exchange water. At the same time, the oxide film formed on the surface of the high thermal conductivity layer was removed by washing with an acid.

以上により、厚さ20μmの銅からなる高熱伝導率層(1層目)、厚さ60μmのタングステンからなる低熱膨張率層(2層目)および厚さ20μmの銅からなる低熱膨張率層(3層目)がこの順序で積層された積層構造体からなる実施例1のヒートシンク(全体の厚さ:100μm)を得た。   As described above, a high thermal conductivity layer (first layer) made of copper having a thickness of 20 μm, a low thermal expansion layer (second layer) made of tungsten having a thickness of 60 μm, and a low thermal expansion layer (3) made of copper having a thickness of 20 μm. The heat sink (total thickness: 100 μm) of Example 1 consisting of a laminated structure in which the layers) were laminated in this order was obtained.

<実施例2のヒートシンクの作製>
以下の(1)〜(3)以外は実施例1と同様にして、実施例2のヒートシンクを作製した。
<Preparation of Heat Sink of Example 2>
A heat sink of Example 2 was produced in the same manner as Example 1 except for the following (1) to (3).

(1)陽極としての対向電極および陰極としてのサファイア基板上の導電層との間に電流密度20mA/cm2の電流を23分間流して硫酸銅めっき液の電解を行なうことにより、陰極であるサファイア基板上の導電層の表面上に銅析出物からなる高熱伝導率層(1層目)を10μmの厚さに形成したこと。 (1) Sapphire, which is a cathode, by electrolyzing a copper sulfate plating solution by flowing a current density of 20 mA / cm 2 for 23 minutes between a counter electrode as an anode and a conductive layer on a sapphire substrate as a cathode. A high thermal conductivity layer (first layer) made of a copper precipitate was formed to a thickness of 10 μm on the surface of the conductive layer on the substrate.

(2)陽極としての対向電極および陰極としてのサファイア基板上の導電層との間に電流密度30mA/cm2の電流を102分間流して実施例1の溶融塩浴の電解を行なうことにより、陰極である導電層上の高熱伝導率層の表面上にタングステン析出物からなる低熱膨張率層(2層目)を30μmの厚さに形成したこと。 (2) Electrolysis of the molten salt bath of Example 1 is performed by flowing a current of 30 mA / cm 2 for 102 minutes between the counter electrode as the anode and the conductive layer on the sapphire substrate as the cathode. The low thermal expansion coefficient layer (second layer) made of tungsten precipitates was formed to a thickness of 30 μm on the surface of the high thermal conductivity layer on the conductive layer.

(3)陽極としての対向電極および陰極としてのサファイア基板上の導電層との間に電流密度20mA/cm2の電流を23分間流して硫酸銅めっき液の電解を行なうことにより、陰極であるサファイア基板に形成された低熱膨張率層の表面上に銅析出物からなる高熱伝導率層(3層目)を10μmの厚さに形成したこと。 (3) Sapphire, which is a cathode, by electrolyzing a copper sulfate plating solution by flowing a current of 20 mA / cm 2 for 23 minutes between a counter electrode as an anode and a conductive layer on a sapphire substrate as a cathode. A high thermal conductivity layer (third layer) made of copper precipitates was formed to a thickness of 10 μm on the surface of the low thermal expansion coefficient layer formed on the substrate.

<実施例3のヒートシンクの作製>
以下の(4)〜(6)以外は実施例1と同様にして、実施例3のヒートシンクを作製した。
<Preparation of Heat Sink of Example 3>
A heat sink of Example 3 was produced in the same manner as Example 1 except for the following (4) to (6).

(4)陽極としての対向電極および陰極としてのサファイア基板上の導電層との間に電流密度20mA/cm2の電流を27分間流して硫酸銅めっき液の電解を行なうことにより、陰極であるサファイア基板上の導電層の表面上に銅析出物からなる高熱伝導率層(1層目)を12μmの厚さに形成したこと。 (4) Electrolysis of a copper sulfate plating solution is performed by flowing a current of 20 mA / cm 2 for 27 minutes between a counter electrode as an anode and a conductive layer on a sapphire substrate as a cathode, whereby sapphire as a cathode A high thermal conductivity layer (first layer) made of copper precipitates was formed to a thickness of 12 μm on the surface of the conductive layer on the substrate.

(5)陽極としての対向電極および陰極としてのサファイア基板上の導電層との間に電流密度30mA/cm2の電流を102分間流して実施例1の溶融塩浴の電解を行なうことにより、陰極である導電層上の高熱伝導率層の表面上にタングステン析出物からなる低熱膨張率層(2層目)を30μmの厚さに形成したこと。 (5) Electrolysis of the molten salt bath of Example 1 is conducted by flowing a current of 30 mA / cm 2 for 102 minutes between the counter electrode as the anode and the conductive layer on the sapphire substrate as the cathode. The low thermal expansion coefficient layer (second layer) made of tungsten precipitates was formed to a thickness of 30 μm on the surface of the high thermal conductivity layer on the conductive layer.

(6)陽極としての対向電極および陰極としてのサファイア基板上の導電層との間に電流密度20mA/cm2の電流を23分間流して硫酸銅めっき液の電解を行なうことにより、陰極であるサファイア基板に形成された低熱膨張率層の表面上に銅析出物からなる高熱伝導率層(3層目)を10μmの厚さに形成したこと。 (6) Sapphire, which is the cathode, by electrolyzing the copper sulfate plating solution by flowing a current density of 20 mA / cm 2 for 23 minutes between the counter electrode as the anode and the conductive layer on the sapphire substrate as the cathode. A high thermal conductivity layer (third layer) made of copper precipitates was formed to a thickness of 10 μm on the surface of the low thermal expansion coefficient layer formed on the substrate.

<実施例1〜3のLED素子の作製>
上記のようにして得られた実施例1〜3のヒートシンクが接合されたサファイア基板のヒートシンクの接合側とは反対側の表面にLED構造体を形成した。
<Production of LED elements of Examples 1 to 3>
An LED structure was formed on the surface of the sapphire substrate to which the heat sink of Examples 1 to 3 obtained as described above was bonded, on the opposite side of the heat sink.

なお、LED構造体は、上記のサファイア基板の表面上に、n型GaN層、アンドープInGaN層およびp型GaN層をこの順序でMOCVD法によりエピタキシャル成長させた後に、フォトエッチングによりn型GaN層の表面の一部が露出するまでn型GaN層、アンドープInGaN層およびp型GaN層のそれぞれの一部を除去し、リフトオフによりn型GaN層上のn電極、p型GaN層上の半透明電極および半透明電極上のp電極を形成した。   In the LED structure, an n-type GaN layer, an undoped InGaN layer, and a p-type GaN layer are epitaxially grown in this order on the surface of the sapphire substrate by MOCVD, and then the surface of the n-type GaN layer is subjected to photoetching. The n-type GaN layer, the undoped InGaN layer, and the p-type GaN layer are partially removed until a part of the n-type GaN layer is exposed, and an n-electrode on the n-type GaN layer, a translucent electrode on the p-type GaN layer, and A p-electrode on a translucent electrode was formed.

次に、n電極およびp電極の形成後の実施例1〜3のヒートシンクおよびLED構造体を円形回転刃で10mm×10mmの正方形状の表面を有する大きさのLED素子に分割することによって、実施例1〜3のLED素子をそれぞれ得た。   Next, the heat sink and the LED structure of Examples 1 to 3 after the formation of the n electrode and the p electrode were divided into LED elements having a square surface of 10 mm × 10 mm with a circular rotary blade. The LED elements of Examples 1 to 3 were obtained.

<実施例1〜3のLED素子の評価>
銅板およびタングステン板を圧接により接合して銅(20μm)/タングステン(60μm)/銅(20μm)の積層構造体からなる全体の厚さが100μmのヒートシンクとLED構造体とを数百μm程度の厚さの共晶半田により接合してLED素子を形成したこと以外は上記と同様にして参考例のLED素子を作製した。
<Evaluation of LED elements of Examples 1 to 3>
A copper plate and a tungsten plate are joined together by pressure welding, and a heat sink composed of a laminated structure of copper (20 μm) / tungsten (60 μm) / copper (20 μm) having a total thickness of 100 μm and an LED structure are several hundreds of μm thick. The LED element of the reference example was produced in the same manner as described above except that the LED element was formed by bonding with eutectic solder.

そして、上記で作製した実施例1〜3のLED素子と、上記の参考例のLED素子との発光特性を比較したところ発光特性は同等であった。   And when the light emission characteristic of the LED element of Examples 1-3 produced above and the LED element of said reference example was compared, the light emission characteristic was equivalent.

しかしながら、実施例1〜3のLED素子は数百μm程度の厚さの共晶半田を用いることなく、ヒートシンクとLED構造体とが接合されていることから、LED構造体に発生した熱をヒートシンクから効率的に放出させることができるとともに、LED素子の表面やヒートシンクの表面にめっきなどの処理を行なう必要がないことから製造コストを抑えることもできた。   However, since the LED elements of Examples 1 to 3 are joined to the heat sink and the LED structure without using eutectic solder having a thickness of about several hundreds μm, the heat generated in the LED structure is absorbed by the heat sink. In addition, the manufacturing cost can be reduced because it is not necessary to perform a treatment such as plating on the surface of the LED element or the surface of the heat sink.

また、実施例1〜3のLED素子のヒートシンクの厚さはそれぞれ、100μm、50μmおよび52μmであることから、円形回転刃によるヒートシンクおよびLED構造体の切断が容易であり、加工性が向上することも確認された。   Moreover, since the heat sink thicknesses of the LED elements of Examples 1 to 3 are 100 μm, 50 μm, and 52 μm, respectively, it is easy to cut the heat sink and the LED structure with a circular rotary blade, and the workability is improved. Was also confirmed.

今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。   It should be understood that the embodiments and examples disclosed herein are illustrative and non-restrictive in every respect. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

本発明によれば、熱を効率的に外部に放出することができるとともに、製造コストを抑えることができる半導体デバイスおよび半導体デバイスの製造方法を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, while being able to discharge | release heat efficiently outside, the manufacturing method of the semiconductor device which can suppress manufacturing cost, and a semiconductor device can be provided.

1 ヒートシンク、2 高熱伝導率層、3 低熱膨張率層、6 対向電極、7 容器、8 溶融塩浴、9 電気めっき液、10 LED構造体、11 p型半導体層、12 活性層、13 n型半導体層、14 半導体基板、15 p電極、16 n電極、17 半透明電極。   1 heat sink, 2 high thermal conductivity layer, 3 low thermal expansion layer, 6 counter electrode, 7 container, 8 molten salt bath, 9 electroplating solution, 10 LED structure, 11 p-type semiconductor layer, 12 active layer, 13 n-type Semiconductor layer, 14 semiconductor substrate, 15 p electrode, 16 n electrode, 17 translucent electrode.

Claims (7)

半導体層と、
前記半導体層上に設置されたヒートシンクとを備え、
前記ヒートシンクは、高熱伝導率層と低熱膨張率層と高熱伝導率層とがこの順序で積層された積層構造体、または低熱膨張率層と高熱伝導率層と低熱膨張率層とがこの順序で積層された積層構造体を含み、
前記積層構造体の厚み方向の中央部から上方の部分と前記積層構造体の厚み方向の中央部から下方の部分とが前記積層構造体の厚み方向の中央部に関して対称となっている、半導体デバイス。
A semiconductor layer;
A heat sink installed on the semiconductor layer,
The heat sink is a laminated structure in which a high thermal conductivity layer, a low thermal expansion layer, and a high thermal conductivity layer are laminated in this order, or a low thermal expansion layer, a high thermal conductivity layer, and a low thermal expansion layer in this order. Including a laminated structure laminated,
A semiconductor device in which a portion above the central portion in the thickness direction of the multilayer structure and a portion below the central portion in the thickness direction of the multilayer structure are symmetrical with respect to the central portion in the thickness direction of the multilayer structure .
前記半導体層と前記ヒートシンクとの間に導電層を備えていることを特徴とする、請求項1に記載の半導体デバイス。   The semiconductor device according to claim 1, further comprising a conductive layer between the semiconductor layer and the heat sink. 前記高熱伝導率層の熱伝導率が200W/(m・K)以上であることを特徴とする、請求項1または2に記載の半導体デバイス。   The semiconductor device according to claim 1, wherein the high thermal conductivity layer has a thermal conductivity of 200 W / (m · K) or more. 前記低熱膨張率層の線膨張率が8×10-6(1/K)以下であることを特徴とする、請求項1から3のいずれか1項に記載の半導体デバイス。 4. The semiconductor device according to claim 1, wherein the low thermal expansion coefficient layer has a linear expansion coefficient of 8 × 10 −6 (1 / K) or less. 5. 請求項1から4のいずれか1項に記載の半導体デバイスを製造する方法であって、
半導体層上に高熱伝導率層を形成する工程と、
前記高熱伝導率層上に低熱膨張率層を形成する工程と、
前記低熱膨張率層上に高熱伝導率層を形成する工程とを含む、半導体デバイスの製造方法。
A method of manufacturing a semiconductor device according to any one of claims 1 to 4,
Forming a high thermal conductivity layer on the semiconductor layer;
Forming a low thermal expansion coefficient layer on the high thermal conductivity layer;
Forming a high thermal conductivity layer on the low thermal expansion coefficient layer.
請求項1から4のいずれか1項に記載の半導体デバイスを製造する方法であって、
半導体層上に低熱膨張率層を形成する工程と、
前記低熱膨張率層上に高熱伝導率層を形成する工程と、
前記高熱伝導率層上に低熱膨張率層を形成する工程とを含む、半導体デバイスの製造方法。
A method of manufacturing a semiconductor device according to any one of claims 1 to 4,
Forming a low thermal expansion layer on the semiconductor layer;
Forming a high thermal conductivity layer on the low thermal expansion layer;
Forming a low thermal expansion coefficient layer on the high thermal conductivity layer.
前記高熱伝導率層および前記低熱膨張率層の少なくとも1層を溶融塩浴の電解により形成することを特徴とする、請求項5または6に記載の半導体デバイスの製造方法。   7. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 5, wherein at least one of the high thermal conductivity layer and the low thermal expansion layer is formed by electrolysis of a molten salt bath.
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