JP6672674B2 - Method of manufacturing substrate, substrate obtained thereby, and method of manufacturing light emitting device - Google Patents
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Description
本発明は、ディスプレイ、照明、バックライト光源等に利用できる発光ダイオード用の基板の製造方法及びそれによって得られた基板並びに発光装置の製造方法に関する。具体的には、光変換機能、光散乱機能を有した発光ダイオード用の基板の製造方法及びそれによって得られた基板並びに発光装置の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a substrate for a light emitting diode that can be used for a display, lighting, a backlight light source, and the like, a substrate obtained by the method, and a method for manufacturing a light emitting device. Specifically, the present invention relates to a method for manufacturing a substrate for a light emitting diode having a light conversion function and a light scattering function, a substrate obtained by the method, and a method for manufacturing a light emitting device.
近年、窒化物系化合物半導体を用いた発光ダイオードを発光源とする白色発光ダイオード（ＬＥＤ）が広く普及を始めている。白色ＬＥＤは、高効率、長寿命、軽量、水銀フリーであるため、エネルギー・環境の観点から優れた光源である。さらに近年、これらの光源は、自動車のヘッドライト、野外球場、体育館等の照明にも活用が検討されている。これらの照明は、従来よりも高い輝度や高い光量が求められるので、ＬＥＤに投入するエネルギーが増大する。しかし、その結果、ＬＥＤの発熱が大きくなり、従来ＬＥＤの製造に用いられてきた樹脂材料を用いることが難しくなっている。 In recent years, white light emitting diodes (LEDs) using a light emitting diode using a nitride-based compound semiconductor as a light emitting source have begun to be widely used. A white LED is an excellent light source from the viewpoint of energy and environment because it is highly efficient, has a long life, is lightweight, and is mercury-free. Further, in recent years, utilization of these light sources for lighting of automobile headlights, outdoor stadiums, gymnasiums, and the like has been studied. These illuminations require higher luminance and higher light quantity than before, so that the energy input to the LED increases. However, as a result, heat generation of the LED increases, and it is difficult to use a resin material that has been conventionally used for manufacturing an LED.
従来の白色ＬＥＤで特に熱の影響を受ける部分は、樹脂と蛍光体粉末を混合した光変換層の部分である。この部分は、ＬＥＤ素子の直上に存在し、ＬＥＤ素子の熱と蛍光体の光変換に伴う発熱の影響を受けるため、高輝度、高光量のＬＥＤでは樹脂材料が耐えられない。 The portion of the conventional white LED that is particularly affected by heat is the portion of the light conversion layer in which the resin and the phosphor powder are mixed. Since this portion is located immediately above the LED element and is affected by the heat of the LED element and the heat generated by the light conversion of the phosphor, the resin material cannot withstand a high-brightness and high-intensity LED.
この問題の解決には、光変換層の無機化が有効である。光変換層を無機化する方法として、ガラスに蛍光体を分散した光変換層（特許文献１）、セラミックス複合体を用いる光変換層（特許文献２）、焼結体の光変換層を用いる方法（特許文献３）等が提案されている。 To solve this problem, it is effective to make the light conversion layer inorganic. As a method of inorganicizing the light conversion layer, a method of using a light conversion layer in which a phosphor is dispersed in glass (Patent Document 1), a light conversion layer using a ceramic composite (Patent Document 2), and a light conversion layer of a sintered body (Patent Document 3) and the like have been proposed.
さらに、前記光変換層をＬＥＤに接続する際に使用する樹脂も使用することが難しくなる。この解決方法の一つとして、ＬＥＤが作製可能な単結晶基板に無機質の光変換層を直接接合した基板を用いる方法が開示されている。この方法では、素子の放熱経路を使って、光変換層の発熱を逃がすことが可能であり優れた方法であると言える。この基板を用いてＬＥＤを作製すると、完全に無機化した白色ＬＥＤを作製することが可能である。
ＬＥＤが作製可能な単結晶基板に無機質の光変換層を直接接合した基板を製造する方法として例えば、ホットプレスで接合する方法（特許文献４）、表面を活性化させて接合する方法（特許文献５）などが知られており、いずれも一旦セラミックス複合体を作製し、その後にＬＥＤが作製可能な単結晶基板に接合する方法がとられている。
Furthermore, it becomes difficult to use the resin used when connecting the light conversion layer to the LED. As one of the solutions, there is disclosed a method of using a substrate in which an inorganic light conversion layer is directly bonded to a single crystal substrate on which an LED can be manufactured. This method can be said to be an excellent method because heat generated in the light conversion layer can be released using the heat radiation path of the element. When an LED is manufactured using this substrate, a completely inorganic white LED can be manufactured.
As a method of manufacturing a substrate in which an inorganic light conversion layer is directly bonded to a single crystal substrate on which an LED can be manufactured, for example, a method of bonding by hot pressing (Patent Document 4), a method of activating the surface and bonding (Patent Document 4) 5) and the like are known, and in each case, a method is used in which a ceramic composite is once produced and then joined to a single crystal substrate on which an LED can be produced.
しかしながら、特許文献４及び５に記載の方法は、製造工程が長くなりコストが高くなるという問題がある。 However, the methods described in Patent Literatures 4 and 5 have a problem that the manufacturing process is lengthened and the cost is increased.
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、無機材料の光変換層を作製した後に、光変換層をＬＥＤが作製可能な単結晶基板に接合する方法ではなく、ＬＥＤが作製可能な単結晶基板の上で光変換層を作製する方法、すなわち、無機材料の光変換層部分を作製するのと同時に接合まで完了させて、光変換機能のついた、ＬＥＤが作製可能な基板を簡単に得ることができる基板の製造方法及びそれによって得られた基板並びに発光装置の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and is not a method of bonding a light conversion layer to a single crystal substrate on which an LED can be formed after forming a light conversion layer of an inorganic material, and is capable of manufacturing an LED. A method of manufacturing a light conversion layer on a simple single crystal substrate, that is, completing the bonding at the same time as forming the light conversion layer portion of an inorganic material, and forming a substrate capable of manufacturing an LED with a light conversion function. An object of the present invention is to provide a method of manufacturing a substrate which can be easily obtained, and a method of manufacturing a substrate and a light emitting device obtained by the method.
本発明者らは、以上の目的を達成するために、鋭意検討した結果、単結晶基板上に、セラミックス複合体の融液を形成し、結晶化させることで、セラミックス複合体と単結晶基板が直接接合した基板を作製することが可能であることを知見し、セラミックス複合体層の作製と同時に、セラミックス複合体とＬＥＤが作製可能な単結晶基板が完全に密着した基板が作製できることを見出し、本発明に至った。 The present inventors have conducted intensive studies to achieve the above object, and as a result, by forming a melt of a ceramic composite on a single crystal substrate and crystallizing the same, the ceramic composite and the single crystal substrate were formed. We found that it is possible to produce a directly bonded substrate, and at the same time as producing the ceramic composite layer, we found that a substrate in which the ceramic composite and a single crystal substrate capable of producing an LED could be completely adhered could be produced. The present invention has been reached.
すなわち、本発明は、結晶基板と２種以上の結晶相が相互に絡み合った組織を有するセラミックス複合体とが積層された基板の製造方法であって、前記セラミックス複合体の原料を前記結晶基板の融点よりも低くなるように調整する原料調整工程と、前記結晶基板と前記原料とを積層する原料積層工程と、前記原料が熔融して前記結晶基板と一体になるように、前記原料を加熱する加熱工程と、前記熔融した原料を冷却し、結晶化したセラミックス複合体を得る冷却工程と、を備えることを特徴とする基板の製造方法に関する。 That is, the present invention is a method for manufacturing a substrate in which a crystal substrate and a ceramic composite having a structure in which two or more crystal phases are intertwined with each other are laminated, wherein the raw material of the ceramic composite is A raw material adjusting step of adjusting the raw material to be lower than the melting point, a raw material laminating step of laminating the crystal substrate and the raw material, and heating the raw material so that the raw material is integrated with the crystal substrate. A method for manufacturing a substrate, comprising: a heating step; and a cooling step of cooling the molten raw material to obtain a crystallized ceramic composite.
また、本発明は、結晶基板と２種以上の結晶相が相互に絡み合った組織を有するセラミックス複合体とが積層された基板の製造方法であって、前記結晶基板と原料セラミックス複合体とを積層する原料積層工程と、前記原料セラミックス複合体が熔融して前記結晶基板と一体になるように、前記原料セラミックス複合体を加熱する加熱工程と、前記熔融した原料セラミックス複合体を冷却し、結晶化したセラミックス複合体を得る冷却工程と、を備えることを特徴とする基板の製造方法に関する。 Further, the present invention is a method for manufacturing a substrate in which a crystal substrate and a ceramic composite having a structure in which two or more crystal phases are intertwined with each other are laminated, wherein the crystal substrate and the raw ceramic composite are laminated. A heating step of heating the raw ceramic composite so that the raw ceramic composite is melted and integrated with the crystal substrate; and cooling and crystallizing the molten raw ceramic composite. And a cooling step of obtaining a ceramic composite.
また、本発明は、前記基板の製造方法によって得られたことを特徴とする基板に関する。 Further, the present invention relates to a substrate obtained by the method for manufacturing a substrate.
また、本発明は、前記基板の製造方法によって得られた基板と、Ｌｎ３Ａｌ５Ｏ１２（ＬｎはＹ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ及びＬｕの少なくとも一つの元素である。）相からなる第１結晶相を成す蛍光体が励起される光を照射可能な発光素子とから構成される発光装置を製造する方法であって、冷却されて結晶化した前記セラミックス複合体を備える基板に、前記発光素子を装着する素子装着工程を備えることを特徴とする発光装置の製造方法に関する。 Further, the present invention provides a substrate obtained by the method for manufacturing a substrate, and Ln 3 Al 5 O 12 (Ln is at least one element of Y, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb and Lu). A) a method for manufacturing a light emitting device comprising a light emitting element capable of irradiating light that excites a phosphor forming a first crystal phase comprising a phase, wherein the ceramic composite is cooled and crystallized. The present invention relates to a method for manufacturing a light emitting device, comprising an element mounting step of mounting the light emitting element on a substrate.
以上のように、本発明によれば、無機材料の光変換層部分を作製するのと同時に接合まで完了させて、光変換機能のついた、ＬＥＤが作製可能な基板を簡単に得ることができる基板の製造方法及びそれによって得られた基板並びに発光装置の製造方法を提供することができる。 As described above, according to the present invention, the bonding can be completed at the same time when the light conversion layer portion of the inorganic material is manufactured, and a substrate with a light conversion function and capable of manufacturing an LED can be easily obtained. A method for manufacturing a substrate, a substrate obtained by the method, and a method for manufacturing a light emitting device can be provided.
本発明の方法で基板上に作製される光変換層は、ＬＥＤが作製可能な単結晶基板に完全に密着しているので、光変換層からの単結晶基板へ熱が拡散し易く、過酷な発熱を伴うＬＥＤには好適である。さらに、セラミックス複合体を形成する際に、ＬＥＤが作製可能な単結晶基板との接合が完了するので、工程が簡略化される。また、この基板を利用してＬＥＤを作製すると、そのまま、例えば、白色ＬＥＤになるので、製造コストの低減に役立つ。 Since the light conversion layer produced on the substrate by the method of the present invention is completely in close contact with the single crystal substrate on which the LED can be produced, heat is easily diffused from the light conversion layer to the single crystal substrate, and it is severe. It is suitable for an LED that generates heat. Furthermore, since the bonding with the single crystal substrate on which the LED can be manufactured is completed when forming the ceramic composite, the process is simplified. Further, when an LED is manufactured using this substrate, for example, a white LED is used as it is, which helps to reduce the manufacturing cost.
＜基板の製造方法＞
まず、本発明の基板の製造方法について述べる。
本発明の基板の製造方法は、発光ダイオード（ＬＥＤ）を作製可能な結晶基板上に、２種以上の結晶相が連続的にかつ三次元的に相互に絡み合った組織を有するセラミックス複合体を積層する基板の製造方法である。
<Method of manufacturing substrate>
First, a method for manufacturing a substrate according to the present invention will be described.
In the method for manufacturing a substrate according to the present invention, a ceramic composite having a structure in which two or more crystal phases are continuously and three-dimensionally intertwined with each other is laminated on a crystal substrate on which a light emitting diode (LED) can be manufactured. This is a method for manufacturing a substrate.
（第１実施形態）
具体的には、本発明の第１実施形態に係る製造方法は、セラミックス複合体の原料を前記結晶基板の融点よりも低くなるように調整する原料調整工程と、前記結晶基板と前記原料とを積層する原料積層工程と、前記原料が熔融して前記結晶基板と一体になるように、前記原料を加熱する加熱工程と、前記熔融した原料を冷却し、結晶化したセラミックス複合体を得る冷却工程を備える。
(1st Embodiment)
Specifically, the manufacturing method according to the first embodiment of the present invention includes a raw material adjusting step of adjusting the raw material of the ceramic composite so as to be lower than the melting point of the crystal substrate; A raw material laminating step of laminating, a heating step of heating the raw material so that the raw material is melted and integrated with the crystal substrate, and a cooling step of cooling the molten raw material to obtain a crystallized ceramic composite Is provided.
（原料調整工程）
セラミックス複合体の原料は、以下の方法によって調製することができる。まず、原料粉末を、所望する組成比率のセラミックス複合体が生成する割合で混合して、原料混合粉末を得る。このとき、原料混合粉末は、セラミックス複合体が、結晶基板の融点よりも低くなるように組成調整される。セラミックス複合体の融点が結晶基板の融点よりも高いと、後述する加熱工程において、結晶基板が先に熔融してしまうため好ましくない。
(Raw material adjustment process)
The raw material of the ceramic composite can be prepared by the following method. First, raw material powders are mixed at a ratio that produces a ceramic composite having a desired composition ratio to obtain a raw material mixed powder. At this time, the composition of the raw material mixed powder is adjusted so that the ceramic composite is lower than the melting point of the crystal substrate. If the melting point of the ceramic composite is higher than the melting point of the crystal substrate, it is not preferable because the crystal substrate is first melted in a heating step described later.
本発明で用いられるセラミックス複合体の原料粉末としては、例えば、Ａｌ２Ｏ３，ＳｉＯ２などの金属酸化物粉末と、Ｙ２Ｏ３，Ｔｂ２Ｏ３，Ｄｙ２Ｏ３，Ｈｏ２Ｏ３，Ｅｒ２Ｏ３，Ｔｍ２Ｏ３，Ｙｂ２Ｏ３，Ｌｕ２Ｏ３などの希土類金属元素酸化物粉末との混合物であることが好ましい。金属酸化物粉末は、Ａｌ２Ｏ３がより好ましく、希土類金属元素酸化物粉末は、Ｙ２Ｏ３，Ｔｂ２Ｏ３，Ｌｕ２Ｏ３がより好ましく、Ｙ２Ｏ３が特に好ましい。さらに、本発明で用いられるセラミックス複合体の原料粉末として、ＣｅＯ２，Ｇｄ２Ｏ３などの添加剤を用いることもできる。 As the raw material powder of the ceramic composite used in the present invention, for example, metal oxide powder such as Al 2 O 3 , SiO 2 , Y 2 O 3 , Tb 2 O 3 , Dy 2 O 3 , Ho 2 O 3 , Er 2 O 3, Tm 2 O 3, Yb 2 O 3, is preferably a mixture of a rare earth metal element oxide powder, such as Lu 2 O 3. Al 2 O 3 is more preferable as the metal oxide powder, and Y 2 O 3 , Tb 2 O 3 , and Lu 2 O 3 are more preferable as the rare earth metal element oxide powder, and Y 2 O 3 is particularly preferable. Further, additives such as CeO 2 and Gd 2 O 3 can be used as the raw material powder of the ceramic composite used in the present invention.
また、本発明において、セラミックス複合体の原料粉末は、生成するセラミックス複合体を構成する結晶相が、少なくとも一つの共晶を形成する組成系に属する結晶相を含むように組成調整されることが好ましい。原料粉末をこのように組成調整することで、後述する加熱工程において、原料を熔融して結晶基板と一体にすることが可能になる。 Further, in the present invention, the composition of the raw material powder of the ceramic composite may be adjusted so that the crystal phase constituting the generated ceramic composite includes a crystal phase belonging to a composition system forming at least one eutectic. preferable. By adjusting the composition of the raw material powder in this manner, it becomes possible to melt the raw material and integrate it with the crystal substrate in a heating step described later.
原料粉末の混合方法については、特別の制限はなく、乾式混合法及び湿式混合法のいずれも採用することができる。湿式混合法を用いる際の媒体としては、メタノール、エタノールのようなアルコールが一般に使用される。湿式混合法を採用した場合は、用いた媒体をロータリーエバポレータなどにより除去する。 There is no particular limitation on the method of mixing the raw material powders, and any of a dry mixing method and a wet mixing method can be employed. As a medium when using the wet mixing method, an alcohol such as methanol or ethanol is generally used. When the wet mixing method is adopted, the used medium is removed by a rotary evaporator or the like.
また、セラミックス複合体の原料は、粉末ではなく、シート状に成型して、焼成することも可能である。原料をシート状にする方法としては、バインダーと原料粉末を混合し、ペースト状にした原料を、薄く延ばしてシートを作製する等の一般的な方法を採用することができる。原料とバインダーとを含有したシートは、その後電気炉で焼成し、不要なバインダーを除去することで、セラミックス複合体の原料シートを得ることができる。 In addition, the raw material of the ceramic composite can be formed into a sheet and fired instead of powder. As a method of forming the raw material into a sheet, a general method such as mixing a binder and raw material powder, stretching the raw material in the form of a paste, and forming a thin sheet can be employed. The sheet containing the raw material and the binder is then fired in an electric furnace to remove an unnecessary binder, whereby a raw material sheet of the ceramic composite can be obtained.
本発明においては、セラミックス複合体を構成する結晶相が、少なくとも一つの共晶を形成する組成系に属する結晶相を含み、結晶基板を構成する結晶相が、その共晶を形成する組成系に属する結晶相のいずれか一つと同一の組成かつ結晶構造を有する結晶相であることが好ましい。共晶とは、高温で均一な熔融状態ある融液が、融点以下になると複数の結晶を同時に結晶化する現象である。共晶を形成する組成系（共晶系）とは、前記同時に結晶化する結晶相を端成分とする系である。これらの関係を共晶系の相平衡図の例を示した図１を参照しながら説明する。また、この場合、結晶基板を構成する結晶相は、単結晶であることがより好ましい。 In the present invention, the crystal phase forming the ceramic composite includes a crystal phase belonging to a composition system forming at least one eutectic, and the crystal phase forming the crystal substrate is changed to a composition system forming the eutectic. It is preferable that the crystal phase has the same composition and the same crystal structure as any one of the crystal phases to which it belongs. Eutectic is a phenomenon in which a melt that is in a uniform molten state at a high temperature crystallizes a plurality of crystals at the same time when the temperature becomes lower than the melting point. The composition system that forms a eutectic (eutectic system) is a system having the crystal phase that simultaneously crystallizes as an end component. These relationships will be described with reference to FIG. 1 showing an example of a eutectic phase equilibrium diagram. In this case, the crystal phase constituting the crystal substrate is more preferably a single crystal.
図１において、例えば、成分ＡとＢの共晶組成を有するセラミックス複合体の原料を載せた単結晶基板を加熱し、基板を作製する場合について述べる。セラミックス複合体の組成は、図１中の端成分ＡとＢの共晶組成であり、用いる単結晶基板は、図１中の端成分ＡまたはＢの単結晶となる。図１からも明らかなように、共晶系を形成する端成分は、共晶温度よりも高い融点になる。この関係によって、セラミックス複合体の原料を載せた単結晶基板を加熱すると、セラミックス複合体を熔融させ、単結晶基板を熔融させない状態を作り出すことが容易になる。 In FIG. 1, for example, a case will be described in which a single crystal substrate on which a raw material of a ceramic composite having a eutectic composition of components A and B is placed is heated to produce a substrate. The composition of the ceramic composite is a eutectic composition of the end components A and B in FIG. 1, and the single crystal substrate used is a single crystal of the end components A or B in FIG. As is clear from FIG. 1, the end components forming the eutectic have a melting point higher than the eutectic temperature. By this relationship, when the single crystal substrate on which the raw material of the ceramic composite is placed is heated, it becomes easy to melt the ceramic composite and create a state in which the single crystal substrate is not melted.
具体的には、この出発物質を加熱すると、共晶温度でセラミックス複合材料は熔融し融液を形成する。このとき、単結晶基板材料は、共晶温度よりも高い融点を有するので、ほとんど融けない。しかし、セラミックス複合体が熔融すると、融液と単結晶基板の界面部分で局所的に融点の低い共晶組成に達することが起こり、単結晶基板はわずかに融ける。 Specifically, when this starting material is heated, the ceramic composite material melts at the eutectic temperature to form a melt. At this time, since the single crystal substrate material has a melting point higher than the eutectic temperature, it hardly melts. However, when the ceramic composite is melted, the eutectic composition having a low melting point locally occurs at the interface between the melt and the single crystal substrate, and the single crystal substrate slightly melts.
このわずかに融けることは、本発明において最も重要である。本発明の基板は、セラミックス複合体と単結晶基板の界面が単に接しているのではなく、単結晶基板とセラミックス複合体の両方が熔融して固化しているので、原子レベルで接合した界面を達成することができる。このような界面は、熱伝導の経路を確保する上で有利である。また、このような接合は、単純に一旦セラミックス複合体を作製し、ホットプレス等で単結晶基板と接合させただけでは実現できない。 This slight melting is of paramount importance in the present invention. In the substrate of the present invention, since the interface between the ceramic composite and the single crystal substrate is not merely in contact with each other, both the single crystal substrate and the ceramic composite are melted and solidified. Can be achieved. Such an interface is advantageous in securing a path for heat conduction. Further, such bonding cannot be realized by simply preparing a ceramic composite once and bonding it to a single crystal substrate by hot pressing or the like.
さらに、セラミックス複合体が熔融した時の単結晶基板との反応で不要な第３成分を生成するような反応が起こらないことも利点である。組成的に関係のない単結晶基板の上でセラミックス複合体を熔融すると、化学反応でＬＥＤに有害な結晶相を生成する可能性があるが、本発明の場合、共晶の関係にある結晶相のみの生成になるので、界面にセラミックス複合体以外の結晶相が生成することなく、接合した基板を得ることが可能である。 Another advantage is that the reaction with the single crystal substrate when the ceramic composite is melted does not cause a reaction that generates an unnecessary third component. When a ceramic composite is melted on a single-crystal substrate having no compositional relationship, a chemical reaction may produce a harmful crystalline phase for the LED. Since only a single crystal is generated, a bonded substrate can be obtained without generating a crystal phase other than the ceramic composite at the interface.
また、単結晶基板とセラミックス複合体は共通の結晶相を有し、融液状態から結晶化していくので、エピタキシャルの関係を保って固化することが可能である。このため、セラミックス複合体は、単結晶の状態で結晶化することが可能になる。 In addition, since the single crystal substrate and the ceramic composite have a common crystal phase and crystallize from a molten state, they can be solidified while maintaining an epitaxial relationship. For this reason, the ceramic composite can be crystallized in a single crystal state.
本発明のセラミックス複合体を構成する結晶相の組成は、上記のように、共晶組成であることが望ましい。その理由は、結晶基板の融点とセラミックス複合体の融点が最も離れるため、作製温度の設定が最も容易になるためである。しかし、必ずしもセラミックス複合体を構成する結晶相の組成が共晶組成と一致する必要はない。セラミックス複合体を構成する結晶相の組成が共晶組成からずれても、加熱工程において融液を形成できれば、セラミックス複合体と結晶基板との原子レベルでの接合は可能であり、局所的に共晶組成に達し、局所的な熔融が可能である。共晶組成からずれると、系の端成分の結晶が初晶として晶出するが、そのような状態であっても、局所的には界面は共晶組成に達することが可能であり、界面で基板を熔融させることが可能である。 The composition of the crystal phase constituting the ceramic composite of the present invention is desirably an eutectic composition as described above. The reason is that since the melting point of the crystal substrate and the melting point of the ceramic composite are the most distant, the setting of the fabrication temperature is easiest. However, the composition of the crystal phase constituting the ceramic composite does not necessarily need to match the eutectic composition. Even if the composition of the crystal phase constituting the ceramic composite deviates from the eutectic composition, if a melt can be formed in the heating step, the ceramic composite and the crystal substrate can be joined at the atomic level, and the co-crystal can be locally formed. Crystal composition is reached and local melting is possible. If it deviates from the eutectic composition, the crystals of the end components of the system crystallize out as primary crystals, but even in such a state, the interface can locally reach the eutectic composition, It is possible to melt the substrate.
また、本発明においては、結晶基板を構成する結晶相が、セラミックス複合体を構成する結晶相のうち最も高い融点を持つ結晶相と同一の結晶構造を有する結晶相であることが好ましい。このようにすると、基板作製時の温度条件設定が最も容易になる。また、選択する組成の範囲が広くなるからである。 Further, in the present invention, it is preferable that the crystal phase constituting the crystal substrate has the same crystal structure as the crystal phase having the highest melting point among the crystal phases constituting the ceramic composite. This makes it easier to set the temperature conditions during the manufacture of the substrate. Further, the range of the composition to be selected is widened.
（原料積層工程、加熱工程及び冷却工程）
次に、調整したセラミックス複合体の原料混合粉末又は原料シートを結晶基板の上に敷き詰め、坩堝に入れ、電気炉に設置し、昇温して焼成を行い、セラミックス複合体の融液を形成し、その後冷却することでセラミックス複合体を結晶基板上で結晶化させる。
(Raw material lamination process, heating process and cooling process)
Next, the raw material mixed powder or raw material sheet of the adjusted ceramic composite is spread on a crystal substrate, placed in a crucible, placed in an electric furnace, heated and fired to form a melt of the ceramic composite. Then, by cooling, the ceramic composite is crystallized on the crystal substrate.
電気炉は、セラミックス複合体の融点以上に加熱でき、雰囲気調節が可能な装置であれば特に制約なく使用することができる。特に、単結晶作製可能なブリッジマン装置などの単結晶育成炉を好ましく用いることができる。 The electric furnace can be used without particular limitation as long as it can be heated above the melting point of the ceramic composite and can control the atmosphere. In particular, a single crystal growing furnace such as a Bridgman apparatus capable of producing a single crystal can be preferably used.
図２に、単結晶育成炉の真空チャンバー内に坩堝が設置された状態の一例を示す。
本発明で使用される単結晶育成炉は、チャンバー１内に加熱ヒーター３が設置してあり、雰囲気の制御が可能である。加熱ヒーター３の内部には、坩堝５を上下させる軸７が設置してある。軸７の上部に坩堝５を設置し、その中でセラミックス複合体の原料混合粉末９と結晶基板１１を加熱し熔融する。坩堝５を加熱ヒーター３の内部から引き出すことで温度を下げ、融液となっていたセラミックス複合材料を結晶化させる。坩堝５を引き出しながら結晶化させると一方向凝固が起こる。
FIG. 2 shows an example of a state where a crucible is installed in a vacuum chamber of a single crystal growing furnace.
In the single crystal growing furnace used in the present invention, the heater 3 is installed in the chamber 1 and the atmosphere can be controlled. A shaft 7 for moving the crucible 5 up and down is provided inside the heater 3. The crucible 5 is placed above the shaft 7, and the raw material mixed powder 9 of the ceramic composite and the crystal substrate 11 are heated and melted therein. The temperature is lowered by pulling out the crucible 5 from the inside of the heater 3 to crystallize the ceramic composite material which has been melted. When the crystallization is performed while pulling out the crucible 5, unidirectional solidification occurs.
より詳細には、セラミックス複合体の原料混合粉末９を載せた結晶基板１１を坩堝５に装填し、その後、単結晶育成炉のチャンバー１内を所望の雰囲気にして、加熱ヒーター３に通電して昇温を開始する。結晶基板１１直下の坩堝５の外側に設置した図示しない熱電対により測定される温度が、結晶基板１１を構成する結晶相の融点以上にならないように確認しながら、温度を調節し、セラミックス複合体の原料混合粉末９を融解する。融解後、一定時間、その状態を保持し、その後、坩堝５を引き下げる方法、または、坩堝５の位置を一定にして加熱温度を低下させる方法で、セラミックス複合体の結晶を成長させることができる。 More specifically, the crystal substrate 11 on which the raw material mixed powder 9 of the ceramic composite is placed is loaded into the crucible 5, and then the interior of the chamber 1 of the single crystal growing furnace is set to a desired atmosphere, and the heater 3 is energized. Start heating. Adjusting the temperature while checking that the temperature measured by a thermocouple (not shown) installed outside the crucible 5 directly below the crystal substrate 11 does not exceed the melting point of the crystal phase constituting the crystal substrate 11, the ceramic composite Is melted. Crystals of the ceramic composite can be grown by holding the state for a certain period of time after melting and then pulling down the crucible 5 or by lowering the heating temperature while keeping the position of the crucible 5 constant.
セラミックス複合体の原料混合粉末９を融解させる温度は、セラミックス複合体の原料混合粉末９の種類によって、適宜設定することになるが、例えば、セラミックス複合体の原料粉末が、Ａｌ２Ｏ３粉末とＹ２Ｏ３粉末とＣｅＯ２粉末との混合物である場合、この系の共晶温度以上であればよく、約１８２０〜２０００℃である。共晶温度付近で作製することで基板の熔融量を少なくできるので、作製には適しており、その点を考慮すれば、１８２０〜１９００℃が好ましい。 The temperature at which the raw material mixed powder 9 of the ceramic composite is melted is appropriately set according to the type of the raw material mixed powder 9 of the ceramic composite, and, for example, the raw material powder of the ceramic composite is made of Al 2 O 3 powder. In the case of a mixture of Y 2 O 3 powder and CeO 2 powder, the temperature is not less than the eutectic temperature of this system and is about 1820 to 2000 ° C. Since the substrate can be melted at a temperature close to the eutectic temperature, the amount of melting of the substrate can be reduced, and thus the substrate is suitable for the production.
融液の凝固を行う雰囲気は、加圧、大気圧、減圧雰囲気のどの雰囲気でも可能である。但し、坩堝５および単結晶育成炉の構成部材の酸化消耗を抑制するため、高純度Ａｒガスを流通することが好ましい。常圧下でも可能である。 The atmosphere for solidifying the melt can be any of pressurized, atmospheric, and reduced pressure atmospheres. However, in order to suppress the oxidative consumption of the crucible 5 and the constituent members of the single crystal growing furnace, it is preferable to flow a high-purity Ar gas. It is also possible under normal pressure.
坩堝５を引き下げる場合、その速度は、融液組成及び融解条件によって、適宜設定することになるが、通常５０ｍｍ／時間以下、好ましくは１〜２０ｍｍ／時間である。加熱温度を低下させる場合であれば、結晶基板１１が割れない範囲で温度を下げることができる。 When the crucible 5 is lowered, the speed is appropriately set depending on the melt composition and the melting conditions, but is usually 50 mm / hour or less, preferably 1 to 20 mm / hour. If the heating temperature is lowered, the temperature can be lowered as long as the crystal substrate 11 is not broken.
また、坩堝５の形状としては、結晶基板１１を設置できる形状であれば、特に制限はない。例えば、円形、角型坩堝を用いることができる。また、坩堝５の材質としては、セラミックス複合体の融点以上の温度で融解しない耐熱性を持ち、また融液と反応しないものであればよい。特に、モリブデン、アルミナが一般的に使用される。 The shape of the crucible 5 is not particularly limited as long as the crystal substrate 11 can be installed. For example, a circular or square crucible can be used. The crucible 5 may be made of any material that has heat resistance that does not melt at a temperature equal to or higher than the melting point of the ceramic composite and that does not react with the melt. In particular, molybdenum and alumina are generally used.
上記の例は、単結晶育成可能な炉での作製例であるが、本発明の基板は、一般的な電気炉でも作製が可能である。この場合、作製する基板からの熱の逃げが一方向になりにくいが、局所的な一方向凝固は起こるので、この場合でも、２種以上の結晶相が複雑に絡んだ組織を得ることができる。 Although the above example is an example of manufacturing in a furnace capable of growing a single crystal, the substrate of the present invention can also be manufactured in a general electric furnace. In this case, it is difficult for heat to escape from the substrate to be produced in one direction, but since local unidirectional solidification occurs, a structure in which two or more kinds of crystal phases are complicatedly entangled can be obtained even in this case. .
セラミックス複合体の融液が凝固したら、ヒーターの電力を下げ、炉を冷却する。冷却後、炉をあけ坩堝を取り出し、セラミックス複合体層が接合した結晶基板を取りだす。基板は、切断してＬＥＤ作製基板として利用してもよいし、場合によっては、ＬＥＤ作製基板ではなく、単純な光変換用部材としての利用も可能である。 When the melt of the ceramic composite solidifies, the power of the heater is reduced and the furnace is cooled. After cooling, the furnace is opened, the crucible is taken out, and the crystal substrate to which the ceramic composite layer has been joined is taken out. The substrate may be cut and used as an LED production substrate, or in some cases, may be used as a simple light conversion member instead of the LED production substrate.
セラミックス複合体層が接合した結晶基板上におけるセラミックス複合体の厚みは、求められる要求に応じ決められる。厚みの制御は、はじめの原料の量で調整することが可能であるが、作製後に研削して制御することも可能である。 The thickness of the ceramic composite on the crystal substrate to which the ceramic composite layer has been bonded is determined according to required requirements. The thickness can be controlled by adjusting the initial amount of the raw material, but it can also be controlled by grinding after the production.
（第２実施形態）
また、本発明の第２実施形態に係る製造方法は、結晶基板と原料セラミックス複合体とを積層する原料積層工程と、前記原料セラミックス複合体が熔融して前記結晶基板と一体になるように、前記原料セラミックス複合体を加熱する加熱工程と、前記熔融した原料セラミックス複合体を冷却し、結晶化したセラミックス複合体を得る冷却工程とを備える。
(2nd Embodiment)
Further, the manufacturing method according to the second embodiment of the present invention, a raw material laminating step of laminating a crystal substrate and a raw ceramic composite, so that the raw ceramic composite is melted and integrated with the crystal substrate, A heating step of heating the raw ceramic composite; and a cooling step of cooling the molten raw ceramic composite to obtain a crystallized ceramic composite.
（原料積層工程）
本発明においては、結晶基板上に積層する原料として、加熱により熔融し冷却することでセラミックス複合体を形成する原料混合粉末（上記第１実施形態）のみならず、セラミックス複合体そのもの、具体的には、セラミック複合体の固まり、セラミックス複合体を砕いたもの、及び更に細かくして粉末にしたものを用いることも可能である。
(Raw material lamination process)
In the present invention, as the raw material to be laminated on the crystal substrate, not only the raw material mixed powder that forms a ceramic composite by melting and cooling by heating (the first embodiment), but also the ceramic composite itself, specifically, It is also possible to use a ceramic composite mass, a crushed ceramic composite, and a finer powder.
また、本実施形態において、原料セラミックス複合体は、少なくとも一つの共晶を形成する組成系に属する結晶相を含むことが好ましい。このような原料セラミックス複合体を用いることで、後述する加熱工程及び冷却工程を経て形成されたセラミックス複合体を構成する結晶相が、少なくとも一つの共晶を形成する組成系に属する結晶相を含むようになるため好ましい。 In the present embodiment, the raw ceramic composite preferably includes a crystal phase belonging to a composition system forming at least one eutectic. By using such a raw material ceramic composite, a crystal phase constituting a ceramic composite formed through a heating step and a cooling step described later includes a crystal phase belonging to a composition system forming at least one eutectic. Is preferred.
（加熱工程及び冷却工程） (Heating process and cooling process)
また、本実施形態の加熱工程においては、原料セラミックス複合体としてセラミックス複合体を砕いたもの、及び更に細かくして粉末にしたものを用いた場合、全部が熔融すると考えられるが、原料セラミックス複合体がセラミック複合体の固まりである場合、界面だけを熔融させてもよい。 In addition, in the heating step of the present embodiment, when a ceramic composite is crushed as a raw ceramic composite, and when a finer powder is used, the whole is considered to be melted. Is a mass of a ceramic composite, only the interface may be melted.
＜基板＞
以上のような本発明の製造方法によって作製された基板の概略を図３に示す。１１が結晶基板であり、１２が結晶化したセラミックス複合体である。
<Substrate>
FIG. 3 schematically shows a substrate manufactured by the above-described manufacturing method of the present invention. 11 is a crystal substrate, and 12 is a crystallized ceramic composite.
（結晶基板）
結晶基板としては、ＬＥＤが作製可能な単結晶基板が好ましく、共晶を形成する組成系に属するセラミックス複合体を構成する結晶相のいずれか一つと同一の結晶構造を有する結晶相であることが特に好ましい。共晶系を形成できる結晶としては、Ａｌ２Ｏ３（サファイア）が好適である。
(Crystal substrate)
As the crystal substrate, a single crystal substrate on which an LED can be manufactured is preferable, and a crystal phase having the same crystal structure as any one of the crystal phases constituting the ceramic composite belonging to the composition system forming the eutectic is preferable. Particularly preferred. Al 2 O 3 (sapphire) is preferable as a crystal capable of forming a eutectic system.
（セラミックス複合体）
本発明に用いられるセラミックス複合体自体は、例えば、特許第３２１６６８３号公報、特許第３４１２３８１号公報、特許第４６０９３１９号公報及び特開２０００−２７２９５５号公報などに具体的に開示されている、それ自体公知の、２種以上の結晶相が連続的にかつ三次元的に相互に絡み合った組織を有するセラミックス複合体が好ましく用いられる。このセラミックス複合体は、高温における機械的性質が良好な高温構造材料、光変換部材、その他の機能材料として好適に使用することのできるセラミックス複合体である。
(Ceramic composite)
The ceramic composite itself used in the present invention is specifically disclosed in, for example, Japanese Patent No. 3216683, Japanese Patent No. 34123381, Japanese Patent No. 4609319, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-272955, and the like. A known ceramic composite having a structure in which two or more crystal phases are continuously and three-dimensionally intertwined with each other is preferably used. This ceramic composite is a ceramic composite that can be suitably used as a high-temperature structural material, a light conversion member, and other functional materials having good mechanical properties at high temperatures.
このセラミックス複合体の２種以上の酸化物相が複雑に三次元的に絡んだ構造は、光の混合という点で優れている。また、セラミックス複合体に蛍光と光透過機能を持たせると、ＬＥＤの励起光とセラミックス複合体から放出される蛍光を効率的に混合し、別の色、例えば白色を得ることができる。 The structure of the ceramic composite in which two or more oxide phases are complicatedly and three-dimensionally entangled is excellent in light mixing. Further, when the ceramic composite is provided with a function of transmitting fluorescence and light, the excitation light of the LED and the fluorescence emitted from the ceramic composite can be efficiently mixed to obtain another color, for example, white.
本発明に係るセラミックス複合体が、第１結晶相が蛍光を発する結晶相であり、受光した光の一部を受光した光とは異なる波長の光に変換する光変換用セラミックス複合体である場合は、光変換用層を有する基板として好適に使用されるので好ましい。 When the ceramic composite according to the present invention is a light-converting ceramic composite in which the first crystal phase is a crystal phase that emits fluorescence and a part of the received light is converted into light having a different wavelength from the received light. Is preferably used as a substrate having a light conversion layer.
特に、本発明に係るセラミックス複合体が、Ｌｎ３Ａｌ５Ｏ１２（ＬｎはＹ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ及びＬｕの少なくとも一つの元素である。）相からなる第１結晶相と、Ａｌ２Ｏ３からなる第２結晶相とから構成されるセラミックス複合体である場合は、高温における機械的性質にすぐれた光散乱、光混合性のある基板を作製することができるため好ましい。 In particular, the first crystal in which the ceramic composite according to the present invention is formed of a phase of Ln 3 Al 5 O 12 (Ln is at least one element of Y, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, and Lu). In the case of a ceramic composite composed of a phase and a second crystal phase composed of Al 2 O 3 , a substrate having excellent light scattering and light mixing properties at high temperatures can be produced. preferable.
さらに、Ｌｎが、Ｙ、Ｔｂ及びＬｕの少なくとも一つの元素であり、第１結晶相が、Ｃｅを付活剤として含有する結晶相である光変換用セラミックス複合体である場合は、第１結晶相が受光した青色光を黄色光に変換し、第２結晶相が青色光をそのまま透過させて、黄色光と青色光とが混合された白色光を発光できるので、ＬＥＤが製造可能な結晶基板とあわせることで白色発光ダイオード用の基板材料として好適であり、特に好ましい。 Further, when Ln is at least one element of Y, Tb, and Lu, and the first crystal phase is a ceramic complex for light conversion that is a crystal phase containing Ce as an activator, the first crystal phase may be used. The second crystal phase converts the blue light received by the phase into yellow light, and the second crystal phase transmits the blue light as it is and can emit white light in which the yellow light and the blue light are mixed. It is suitable as a substrate material for a white light emitting diode, and particularly preferable.
また、ＬｎがＹである場合、すなわち、本発明に係るセラミックス複合体が、蛍光を発する結晶相である、Ｃｅで付活されたＹ３Ａｌ５Ｏ１２相からなる第１結晶相と、Ａｌ２Ｏ３からなる第２結晶相とが連続的にかつ三次元的に相互に絡み合った組織を有する光変換用セラミックス複合体である場合は、特に内部量子効率が高くなるので、ＬＥＤが製造可能な結晶基板とあわせることで白色発光ダイオード用の基板材料として特に好適であり、好ましい。また、Ｃｅで付活されたＹ３Ａｌ５Ｏ１２相からなる第１結晶相はＧｄを含有することができる。第１結晶相がＧｄを含有すると、第１結晶相から発せられる蛍光の波長を長波長化することができる。 In addition, when Ln is Y, that is, the ceramic composite according to the present invention has a first crystal phase consisting of a Y 3 Al 5 O 12 phase activated with Ce, which is a crystal phase that emits fluorescence; If the ceramic composite for light conversion has a structure in which the second crystal phase composed of 2 O 3 is continuously and three-dimensionally entangled with each other, the internal quantum efficiency is particularly high, so that an LED can be manufactured. It is particularly suitable and preferable as a substrate material for a white light emitting diode when combined with a simple crystal substrate. Further, the first crystal phase composed of the Y 3 Al 5 O 12 phase activated with Ce can contain Gd. When the first crystal phase contains Gd, the wavelength of the fluorescence emitted from the first crystal phase can be made longer.
本発明の製造方法によって作製された基板が、Ａｌ２Ｏ３からなる結晶相から構成された、発光ダイオードを作製可能な結晶基板上に、Ｌｎ３Ａｌ５Ｏ１２（ＬｎはＹ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ及びＬｕの少なくとも一つの元素である。）相からなる第１結晶相と、Ａｌ２Ｏ３からなる第２結晶相とが連続的にかつ三次元的に相互に絡み合った組織を有するセラミックス複合体を積層した基板である場合、前記結晶基板と前記セラミックス複合体との界面は、Ｌｎ３Ａｌ５Ｏ１２（ＬｎはＹ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ及びＬｕの少なくとも一つの元素である。）相からなっていてもよい。これは、本発明の製造方法で作製された基板に特有のものであり、単純に一旦セラミックス複合体を作製し、結晶基板と接合させただけでは実現できない。 The substrate manufactured by the manufacturing method of the present invention is composed of a crystal phase composed of Al 2 O 3 and a crystal substrate on which a light emitting diode can be manufactured, Ln 3 Al 5 O 12 (Ln is Y, Tb, Dy). , Ho, Er, Tm, Yb, and Lu.) A first crystal phase composed of a phase and a second crystal phase composed of Al 2 O 3 mutually and continuously and three-dimensionally. In the case of a substrate in which a ceramic composite having an entangled structure is laminated, the interface between the crystal substrate and the ceramic composite is Ln 3 Al 5 O 12 (Ln is Y, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, It is at least one element of Yb and Lu.) It may be composed of a phase. This is peculiar to the substrate produced by the production method of the present invention, and cannot be realized by simply producing a ceramic composite once and bonding it to a crystal substrate.
＜発光装置の製造方法＞
本発明の発光装置の製造方法は、前記基板の製造方法によって得られた基板と、前記第１結晶相を成す蛍光体が励起される光を照射可能な発光素子とから構成される発光装置を製造する方法であって、冷却されて結晶化した前記セラミックス複合体を備える基板に、前記発光素子を装着する素子装着工程を備える。
<Method for manufacturing light emitting device>
The method for manufacturing a light emitting device of the present invention includes a light emitting device including a substrate obtained by the method for manufacturing a substrate and a light emitting element capable of irradiating light that excites a phosphor that forms the first crystal phase. A method for manufacturing, comprising an element mounting step of mounting the light emitting element on a substrate provided with the ceramic composite cooled and crystallized.
第１結晶相を成す蛍光体が励起する光を照射可能な発光素子としては、例えば（ＧａＮ系半導体からなるＬＥＤ素子）などが挙げられる。 Examples of the light-emitting element that can emit light excited by the phosphor that forms the first crystal phase include (an LED element made of a GaN-based semiconductor).
本発明によれば、（光変換層が直接接合された基板を備える）な発光装置を製造することができる。光変換層が基板に直接接合されるため、作業工程を短縮でき、かつＬＥＤ等の発光素子から発する熱を基板から光変換層を通じて好適に放散することができる。 According to the present invention, it is possible to manufacture a light emitting device (including a substrate to which a light conversion layer is directly bonded). Since the light conversion layer is directly bonded to the substrate, the work process can be shortened, and heat generated from a light emitting element such as an LED can be appropriately dissipated from the substrate through the light conversion layer.
以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明するが、これらは本発明の目的を限定するものではない。 Hereinafter, the present invention will be described specifically based on examples, but these do not limit the purpose of the present invention.
（実施例１）
α−Ａｌ２Ｏ３粉末（純度９９．９９％）とＹ２Ｏ３粉末（純度９９．９９９％）をモル比で８２：１８となるよう、またＣｅＯ２粉末（純度９９．９９％）を仕込み酸化物の反応により生成するＹ３Ａｌ５Ｏ１２１モルに対し０．０１モルとなるよう秤量した。これらの粉末をエタノール中、ボールミルによって１６時間湿式混合した後、エバポレーターを用いてエタノールを脱媒して原料混合粉末を得た。
(Example 1)
α-Al 2 O 3 powder (purity 99.99%) and Y 2 O 3 powder (purity 99.999%) in a molar ratio of 82:18, and CeO 2 powder (purity 99.99%). It was weighed so as to be 0.01 mol with respect to 1 mol of Y 3 Al 5 O 12 generated by the reaction of the charged oxide. These powders were wet-mixed in ethanol by a ball mill for 16 hours, and then the solvent was removed using an evaporator to obtain a raw material mixed powder.
次に、モリブデン坩堝の上にａ軸［１１−２０］サファイア基板を置き、その上に、上記セラミックス複合体の原料混合粉末の圧粉体を置いた。その後、図２に示したものと同様に、サファイア基板と原料混合粉末を設置したモリブデン坩堝をブリッジマン単結晶育成炉の坩堝軸上にセットし、Ａｒガスを２Ｌ／ｍｉｎ流しながら、減圧調整弁を調整し、真空６０００Ｐａの雰囲気とし、ヒーター出力を印加した。ヒーター出力と炉内温度が安定した後、坩堝軸をゆっくりと上昇させた。炉の上部の覗き窓から、原料の熔融を確認した後に坩堝軸の上昇を停止し、そのまま１０分間保持した。その後、坩堝を５ｍｍ／ｈの速度で下降させ、セラミックス複合体を凝固させた。 Next, an a-axis [11-20] sapphire substrate was placed on the molybdenum crucible, and a green compact of the raw material mixed powder of the ceramic composite was placed thereon. Then, similarly to the one shown in FIG. 2, the molybdenum crucible on which the sapphire substrate and the raw material mixed powder were set was set on the crucible shaft of the Bridgman single crystal growing furnace, and the depressurization regulating valve was supplied while flowing Ar gas at 2 L / min. Was adjusted to a vacuum atmosphere of 6000 Pa, and a heater output was applied. After the heater output and the furnace temperature were stabilized, the crucible shaft was slowly raised. After confirming the melting of the raw material from the viewing window at the top of the furnace, the raising of the crucible shaft was stopped, and the crucible was held for 10 minutes. Thereafter, the crucible was lowered at a speed of 5 mm / h to solidify the ceramic composite.
冷却後に、炉を開け、試料を取り出した。試料の外観は、サファイアの上にセラミックス複合体が層状に付着していた。 After cooling, the furnace was opened and the sample was removed. The appearance of the sample was such that the ceramic composite adhered in a layer on the sapphire.
この基板の断面のＳＥＭ写真を確認したところ、サファイア基板の上部にＡｌ２Ｏ３／ＹＡＧ：Ｃｅからなるセラミックス複合体が付着していることが分かった。さらに、サファイア基板と接するセラミックス複合体の結晶相は、全てＹＡＧ相であり、サファイア基板とセラミックス複合体との界面にＹＡＧ相の層ができていることが確認できた。 When a SEM photograph of a cross section of this substrate was confirmed, it was found that a ceramic composite composed of Al 2 O 3 / YAG: Ce was attached to the upper part of the sapphire substrate. Furthermore, the crystal phase of the ceramic composite in contact with the sapphire substrate was all YAG phase, and it was confirmed that a YAG phase layer was formed at the interface between the sapphire substrate and the ceramic composite.
このセラミックス複合体のＡｌ２Ｏ３相とＹＡＧ相の結晶方位を確認するために、試料中央の極点測定を行った。極点測定は、Ａｌ２Ｏ３の（３００）面、ＹＡＧ（４００）面を測定した。その結果、図４に示すように、セラミックス複合体中のＡｌ２Ｏ３（３００）面は一種類のみ確認され、ＹＡＧ（４００）面は複数種類確認された。Ａｌ２Ｏ３相に関しては、Ａｌ２Ｏ３（３００）の極点図からステレオ投影図を作成し、Ａｌ２Ｏ３のａ軸［１１−２０］を確認した。Ａｌ２Ｏ３のａ軸［１１−２０］は、サンプル面の垂直方向を向いており、この結果からサファイア基板状での原料の熔融・凝固によってサファイア基板の結晶方位が継承されたものと考えられる。
なお、実施例１においては、サファイア基板とセラミックス複合体との界面にＹＡＧ相の層が在る構成が示されているが、本発明の製造方法によれば、この構造に限らず、セラミックス複合体を構成する２種以上の結晶層がそれぞれ基板と接する構造を得ることも可能である。
In order to confirm the crystal orientations of the Al 2 O 3 phase and the YAG phase of this ceramic composite, a pole measurement at the center of the sample was performed. In the pole measurement, the (300) plane and the YAG (400) plane of Al 2 O 3 were measured. As a result, as shown in FIG. 4, only one type of the Al 2 O 3 (300) surface in the ceramic composite was confirmed, and a plurality of types of the YAG (400) surface were confirmed. Regarding the Al 2 O 3 phase, a stereo projection was prepared from the pole figure of Al 2 O 3 (300), and the a-axis [11-20] of Al 2 O 3 was confirmed. The a-axis [11-20] of Al 2 O 3 is oriented in the direction perpendicular to the sample surface. From this result, it is considered that the crystal orientation of the sapphire substrate was inherited by the melting and solidification of the raw material on the sapphire substrate. Can be
In Example 1, the configuration in which the YAG phase layer is present at the interface between the sapphire substrate and the ceramic composite is shown. However, according to the manufacturing method of the present invention, the present invention is not limited to this structure. It is also possible to obtain a structure in which two or more types of crystal layers constituting the body are in contact with the substrate.
１ チャンバー
３ 加熱ヒーター
５ 坩堝
７ 軸
９ セラミックス複合体の原料混合粉末
１１ 結晶基板
１２ セラミックス複合体
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Chamber 3 Heater 5 Crucible 7 Axle 9 Raw material mixed powder of ceramic composite 11 Crystal substrate 12 Ceramic composite
Claims (11)
前記セラミックス複合体は、共晶を形成する組成系に属する結晶相を含み、
前記セラミックス複合体を構成する結晶相のいずれか一つは、前記結晶基板を構成する結晶相と同一の組成かつ結晶構造であり、
前記セラミックス複合体の原料を前記結晶基板の融点よりも低くなるように調整する原料調整工程と、
前記結晶基板と前記原料とを積層する原料積層工程と、
前記原料を溶融させ、前記結晶基板を溶融させない状態に前記原料を加熱することによって、前記結晶基板上にセラミックス複合体の融液を形成し、前記融液との界面部分の前記結晶基板を、共晶組成として熔融させて前記融液と一体にする加熱工程と、
前記融液を冷却して、共晶の関係にある結晶相のみを生成させ、結晶化したセラミックス複合体を得る冷却工程とを備えることを特徴とする基板の製造方法。 A method for producing a substrate in which a crystal substrate and a ceramic composite having a structure in which two or more crystal phases are intertwined with each other are laminated,
The ceramic composite includes a crystal phase belonging to a composition system forming a eutectic,
Any one of the crystal phases constituting the ceramic composite has the same composition and crystal structure as the crystal phase constituting the crystal substrate,
A raw material adjustment step of adjusting the raw material of the ceramic composite to be lower than the melting point of the crystal substrate,
A raw material laminating step of laminating the crystal substrate and the raw material,
By melting the raw material and heating the raw material in a state where the crystal substrate is not melted , a melt of the ceramic composite is formed on the crystal substrate, and the crystal substrate at the interface with the melt is formed. A heating step of melting as a eutectic composition and integrating with the melt ;
Cooling the melt to generate only a eutectic crystal phase and obtaining a crystallized ceramic composite.
前記セラミックス複合体は、共晶を形成する組成系に属する結晶相を含み、
前記セラミックス複合体を構成する結晶相のいずれか一つは、前記結晶基板を構成する結晶相と同一の組成かつ結晶構造であり、
前記結晶基板と、セラミック複合体の固まり、セラミックス複合体を砕いたもの、及び更に細かくして粉末にしたものから選択される原料セラミックス複合体とを積層する原料積層工程と、
前記原料セラミックス複合体を溶融させ、前記結晶基板を溶融させない状態に前記原料セラミックス複合体を加熱することによって、前記結晶基板上に原料セラミックス複合体の融液を形成し、前記融液との界面部分の前記結晶基板を、共晶組成として熔融させて前記融液と一体にする加熱工程と、
前記融液を冷却して、共晶の関係にある結晶相のみを生成させ、結晶化したセラミックス複合体を得る冷却工程とを備えることを特徴とする基板の製造方法。 A method for producing a substrate in which a crystal substrate and a ceramic composite having a structure in which two or more crystal phases are intertwined with each other are laminated,
The ceramic composite includes a crystal phase belonging to a composition system forming a eutectic,
Any one of the crystal phases constituting the ceramic composite has the same composition and crystal structure as the crystal phase constituting the crystal substrate,
A raw material laminating step of laminating the crystal substrate and a ceramic composite mass, a raw ceramic composite selected from a crushed ceramic composite, and a finer powder .
By melting the raw ceramic composite and heating the raw ceramic composite without melting the crystal substrate, a melt of the raw ceramic composite is formed on the crystal substrate, and an interface with the melt is formed. A heating step of melting the portion of the crystal substrate as a eutectic composition to be integrated with the melt ;
Cooling the melt to generate only a eutectic crystal phase and obtaining a crystallized ceramic composite.
Ａｌ２Ｏ３からなる結晶相から構成された結晶基板上に、Ｌｎ３Ａｌ５Ｏ１２（ＬｎはＹ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ及びＬｕの少なくとも一つの元素である。）相からなる第１結晶相と、Ａｌ２Ｏ３からなる第２結晶相から構成されるセラミックス複合体を積層した基板であって、
前記結晶基板と前記セラミックス複合体との境界が、Ｌｎ３Ａｌ５Ｏ１２（ＬｎはＹ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ及びＬｕの少なくとも一つの元素である。）相からなることを特徴とする基板。 A substrate obtained by the method for manufacturing a substrate according to claim 3,
Ln 3 Al 5 O 12 (Ln is at least one element of Y, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb and Lu) on a crystal substrate composed of a crystal phase composed of Al 2 O 3 . A ceramic laminate comprising a first crystal phase composed of a phase and a second crystal phase composed of Al 2 O 3 ,
A boundary between the crystal substrate and the ceramic composite is composed of a phase of Ln 3 Al 5 O 12 (Ln is at least one element of Y, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, and Lu). A substrate characterized by the above-mentioned.
冷却されて結晶化した前記セラミックス複合体を備える基板に、前記発光素子を装着する素子装着工程を備えることを特徴とする発光装置の製造方法。 A substrate obtained by the method for manufacturing a substrate according to any one of claims 5 and 6, and claim 5 or 6, and light that is excited by the phosphor that forms the first crystal phase can be irradiated. A method for manufacturing a light emitting device comprising a light emitting element and
A method for manufacturing a light-emitting device, comprising: an element mounting step of mounting the light-emitting element on a substrate provided with the ceramic composite cooled and crystallized.
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