KR20120082865A - Ｌｅｄ 탑재용 웨이퍼와 그 제조 방법, 및 그 웨이퍼를 이용한 ｌｅｄ 탑재 구조체 - Google Patents

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Abstract

LED와의 선열팽창계수 차이가 작고, 게다가 열전도성이 뛰어난 LED 탑재용 웨이퍼와, 이 LED 탑재용 웨이퍼의 제조 방법과, 이 LED 탑재용 웨이퍼를 이용해 제조된 LED 탑재 구조체를 제공한다. LED 탑재용 웨이퍼 (6)는 금속 함침 세라믹스 복합체 (61)와, 그 주위에 형성된 보호층 (62)으로 이루어지며, 금속 함침 세라믹스 복합체 (61)는 표면에 금속의 박층 (63)을 가지고 있는 것이 바람직하다. 웨이퍼의 제조 방법은 금속제 또는 세라믹스제의 관상체의 내부에, 세라믹스 다공체, 세라믹스 분말 성형체 및 세라믹스 분말로부터 선택된 적어도 한쪽을 충전한 후, 이들 세라믹스 다공체, 세라믹스 분말 성형체 및 세라믹스 분말로부터 선택된 적어도 한쪽을 가지는 공극부에 금속을 함침시킨 후, 가공하는 것을 특징으로 한다.

Description

ＬＥＤ 탑재용 웨이퍼와 그 제조 방법, 및 그 웨이퍼를 이용한 ＬＥＤ 탑재 구조체{LED EQUIPMENT PURPOSE WAFER, METHOD FOR MANUFACTURING SAME, AND LED-EQUIPPED STRUCTURE USING LED EQUIPMENT PURPOSE WAFER}
본 발명은 LED 탑재용 웨이퍼와 그 제조 방법, 및 그 웨이퍼를 이용한 LED 탑재 구조체에 관한 것이다.
발광 다이오드 (LED)는 반도체의 pn 접합으로 순 방향 전류를 흘리면 발광하는 소자이며, GaAs, GaN 등의 Ⅲ-Ⅴ족 반도체 결정을 이용해 제조된다. 최근, 반도체의 에피택셜 성장 기술과 발광소자 프로세스 기술의 진보에 의해 변환 효율이 뛰어난 LED가 개발되어, 여러 가지 분야에서 폭넓게 사용되고 있다.
LED는 단결정 성장 기판 상에 Ⅲ-Ⅴ족 반도체 결정을 에피택셜 성장시킨 p형층과 n형층 및 양자에 끼워지는 광 활성층으로 구성된다. 일반적으로는, 단결정 사파이어 등의 성장 기판 상에 Ⅲ-Ⅴ족 반도체 결정을 에피택셜 성장시킨 후, 전극 등을 장착하여 형성한다(특허문헌 1).
단결정 성장 기판 상에 Ⅲ-Ⅴ족 반도체 결정을 에피택셜 성장시키는 경우, 단결정 성장 기판과 Ⅲ-Ⅴ족 반도체 결정의 격자 정수가 다르기 때문에 양호한 LED를 성장시키는 것이 어렵다. 이 때문에, 단결정 성장 기판 상에 저온에서 GaN 등의 버퍼층을 형성하고, 그 위에 GaN을 에피택셜 성장시키는 방법이 제안되고 있다 (특허문헌 2).
한편, 단결정 성장 기판은 열전도성이 좋지 않다는 문제가 있다. 단결정 사파이어의 경우, 열전도율이 40 W/mK 정도이며, Ⅲ-Ⅴ족 반도체소자에서 발생하는 열을 충분히 방열할 수 없다. 특히, 대전류를 흘리는 고출력 LED에서는 소자의 온도가 상승하여, 발광 효율의 저하나 소자 수명의 저하가 일어난다는 문제가 있다. 이 때문에, 단결정 성장 기판 상에 Ⅲ-Ⅴ족 반도체 결정을 에피택셜 성장시킨 후에, 금속층을 통하여 고열 전도성 기판을 접합하고, 그 후 단결정 성장 기판을 제거하는 방법이 제안되고 있다 (특허문헌 3). 이 경우, 고열 전도성 기판으로는 열전도성이 뛰어난 구리 등의 재료가 검토되고 있지만, Ⅲ-Ⅴ족 반도체 결정과의 선열팽창계수 차이가 크고, 고출력 LED용으로는 충분히 만족할 수 있는 것은 아니었다.
일본 특개 2005-117006호 공보 일본 특공 평5-73252호 공보 일본 특개 2006-128710호 공보
본 발명의 목적은 LED와의 선열팽창계수 차이가 작고, 게다가 열전도성이 뛰어난 LED 탑재용 웨이퍼와, 이 LED 탑재용 웨이퍼의 제조 방법과, 이 LED 탑재용 웨이퍼를 이용해 제조된 LED 탑재 구조체를 제공하는 것이다.
본 발명은 금속 함침 세라믹스 복합체 (61)와, 그 주위에 형성된 보호층 (62)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 LED 탑재용 웨이퍼 (이하, 단순히 「웨이퍼」로 한다.)(6)이다 (도 1 참조).
본 발명의 웨이퍼에 있어서는, 금속 함침 세라믹스 복합체가 탄화규소, 질화알루미늄, 질화규소, 다이아몬드 및 흑연 중에서 선택된 1 종류 이상을 포함하며, 기공률이 10?50 부피%인 다공체 또는 분말 성형체에 금속이 함침되어 이루어진 것이며, 판 두께는 0.05?0.5㎜, 표면 거칠기 (surface roughness)(Ra)는 0.01?0.5㎛, 3점 굽힘강도 (three-point bending strength)는 50 MPa 이상, 온도 25℃에서 열전도율은 150?500 W/mK, 온도 25℃?150℃에서 선열팽창계수는 4?9×10-6/K, 부피고유저항은 10-9?10-5 Ω?m인 것이 바람직하다.
또, 본 발명의 웨이퍼에 있어서는, 보호층이 Ni, Co, Pd, Cu, Ag, Au, Pt, Ti, W 및 Mo 중에서 선택된 1종 이상의 금속이나, 또는 기공률이 3% 이하인 알루미나, 멀라이트, 질화알루미늄 및 질화규소 중에서 선택된 1종 이상의 세라믹스로 이루어지며, 보호층의 두께가 3㎜ 이하 (0을 포함하지 않는다), 보호층의 부피점유율이 20 부피% 이하 (0을 포함하지 않는다)인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 웨이퍼에 있어서는, 금속 함침 세라믹스 복합체 (61)가 표면에 두께가 0.5?10㎛인 Ni, Co, Pd, Cu, Ag, Au, Pt 및 Sn 중에서 선택된 1 종류 이상의 금속의 박층 (63)을 가지고 있는 것이 바람직하다 (도 4 참조). 금속의 박층 두께는 0.5?10㎛가 바람직하고, 0.5㎛ 미만이면 내약품성의 향상 효과가 부족하고, 10㎛를 넘으면 표면 거칠기가 증대할 우려가 있다. 금속의 박층 형성은 무전해도금, 전해도금 등의 도금법, 증착법 등에 의해 실시된다.
또, 본 발명은 금속제 또는 세라믹스제의 관상체 (tubular body)의 내부에, 세라믹스 다공체, 세라믹스 분말 성형체 및 세라믹스 분말로부터 선택된 적어도 한쪽을 충전한 후, 이들 세라믹스 다공체, 세라믹스 분말 성형체 및 세라믹스 분말로부터 선택된 적어도 한쪽을 가지는 공극부에 금속을 함침시킨 후, 가공하는 것을 특징으로 하는 본 발명의 웨이퍼의 제조 방법이다.
또, 본 발명은 세라믹스 다공체 또는 세라믹스 분말 성형체의 공극부에 금속을 함침시킨 후, 그 측면에 보호층을 형성하고 나서 가공하거나, 또는 가공하고 나서 보호층을 형성하는 것을 특징으로 하는 본 발명의 웨이퍼의 제조 방법이다.
또, 본 발명은 본 발명의 웨이퍼의 금속 함침 세라믹스 복합체 (61)의 부분으로부터 잘라낸, 적어도 한개의 조각으로 이루어진 LED 탑재용 기판 (5)의 적어도 한 면에 금속박층 (51)(또는 금속박층 (51) 및 반사층의 금속층 (31))과, 반사층 (3)과, LED (2)와, 투명도전층 (4)을 순차로 가지고 있으며, 투명도전층 (4)에 전극 (도시하지 않음)이 장착되어 이루어진 것을 특징으로 하는 LED 탑재 구조체이다 (도 3, 도 6 참조).
본 발명의 웨이퍼에 의하면, LED와의 선열팽창계수 차이가 작은 것이 제공된다. 본 발명의 웨이퍼를 구성하는 금속 함침 세라믹스 복합체는 그 부분으로부터 적어도 한개의 조각을 잘라내어서 LED 탑재용 기판을 형성한다. 그리고 이 LED 탑재용 기판에 LED가 탑재되어 본 발명의 LED 탑재 구조체를 형성한다. 또, 본 발명의 웨이퍼는 본 발명의 LED 탑재 구조체를 제조할 때에 사용되는 산 및 알칼리에 대한 내약품성이 뛰어나고, 게다가 도전성이 크기 때문에 전극 형성 등이 용이해진다. 또, 본 발명의 LED 탑재 구조체는 방열성, 신뢰성이 뛰어난 고출력의 것이며, 단위 면적당 발광량 증가가 가능해진다. 본 발명의 웨이퍼의 제조 방법에 의하면, 본 발명의 웨이퍼를 용이하게 제조할 수 있다.
도 1은 실시예 1에서 제조된 본 발명의 웨이퍼의 설명도이다.
도 2는 도 1의 웨이퍼와 LED를 포함하는 접합체의 설명도이다.
도 3은 도 2의 접합체로부터 제조된 본 발명의 LED 탑재 구조체의 설명도이다.
도 4는 실시예 26에서 제조된 본 발명의 웨이퍼의 설명도이다.
도 5는 도 4의 웨이퍼와 LED를 포함하는 접합체의 설명도이다.
도 6은 도 5의 접합체로부터 제조된 본 발명의 LED 탑재 구조체의 설명도이다.
본 발명의 LED 탑재 구조체는, 예를 들면 이하와 같이 단결정 성장 기판의 표면에 LED를 에피택셜 성장시키고 (가 공정), 그것과 본 발명의 웨이퍼를 접합해서 접합체를 제조하고 (나 공정), 이 접합체로부터 단결정 성장 기판의 부분을 제거하여 중간 구조체를 제조하고 (다 공정), 이 중간 구조체에 투명도전층과 전극 등을 형성하고 나서 절단하는 (라 공정) 공정을 경유해 제조할 수 있다. 이하, 도면을 참조하면서 설명한다.
(가 공정) 이 공정은 단결정 성장 기판의 표면에 LED를 에피택셜 성장시키는 공정이다. 구체적으로는, 단결정 성장 기판 (1)의 표면에 n형 Ⅲ-Ⅴ족 반도체의 버퍼층 (11) 또는 무기 화합물의 표면 코팅층 (12)을 형성하고 나서 LED (2)를 에피택셜 성장시킨다 (도 2, 도 5 참조).
단결정 성장 기판 (1)은 LED와의 격자 정수의 차이가 작고, 또한 결함이 적은 것이 사용된다. LED의 결정성과 균일성을 확보하여, 에피택셜 성장시의 분위기에 대한 내구성을 높이는 점으로부터, 단결정 성장 기판으로는 단결정 사파이어, 단결정 탄화규소, 단결정 GaAs, 단결정 Si 중 어느 하나인 것이 바람직하다. 단결정 성장 기판의 두께는 0.1?1.0㎜가 바람직하다. 또, LED와의 격자 정수의 차이를 저감하는 점으로부터 단결정 성장 기판 (1)은 그 표면에 GaN, GaAs 또는 GaP 중 어느 하나에 의한 버퍼층 (11)을 가지고 있는 것이 바람직하다. 버퍼의 두께는 0.1?0.8㎛가 바람직하다. 또, 단결정 성장 기판의 격자 정수를 LED의 그것에 가급적으로 가깝게 하기 위해, 단결정 성장 기판 (1)은 그 표면에 AlN, SiC, GaN 및 GaAs로부터 선택된 적어도 1종의 무기 화합물에 의한 표면 코팅층 (12)을 가지고 있는 것이 바람직하다. 표면 코팅층의 두께는 0.1?0.8㎛인 것이 바람직하다.
LED (2)는 통상 n형 Ⅲ-Ⅴ족 반도체층 (21), 발광층 (22), p형 Ⅲ-Ⅴ족 반도체층 (23)으로부터 구성되어 있지만, 본 발명에서는 무엇도 이것들로 한정되지 않는다. 이와 같은 LED는 예를 들면 유기 금속 기상성장법 (MOCVD법), 할라이드 기상 에피택셜법 (HVPE법) 등에 의해서 에피택셜 성장시켜 형성시킬 수 있다. MOCVD법에 의하면 결정성이 양호한 LED를 성장시킬 수 있고, HVPE법에 의하면 결정 성장 속도가 빠르므로 효율적으로 LED를 성장시킬 수 있다. 에피택셜 성장시킨 LED는 발광 특성을 더욱 향상시키기 위해서, 그 표면을 에칭이나 연마 등의 처리를 실시할 수도 있다. LED의 두께는 0.6?15㎛가 바람직하다. n형 Ⅲ-Ⅴ족 반도체층 (21), 발광층 (22), p형 Ⅲ-Ⅴ족 반도체층 (23)의 두께는 일반적으로는 각각 0.3?10㎛, 0.1?0.5㎛, 0.3?10㎛이다.
(나 공정) 이 공정은 상기와 같이 하여 단결정 성장 기판에 에피택셜 성장 시킨 LED (2)와, 본 발명의 웨이퍼 (6)의 접합체를 제조하는 공정이다. 구체적으로는, LED의 p형 Ⅲ-Ⅴ족 반도체층 (23)의 표면에 금속으로 이루어진 반사층 (3)을 형성시키고 나서 (도 2 참조), 또는 이 반사층 (3)의 표면에 필요에 따라서 금속층 (31)을 추가로 형성시키고 나서 (도 5 참조), 본 발명의 웨이퍼와 접합한다. 본 발명의 웨이퍼에 대해서는 후술한다. 접합은 본 발명의 웨이퍼의 금속 함침 세라믹스 복합체 (61), 또는 그 표면에 형성시킨 금속의 박층 (63)의 표면에 금속으로 이루어진 반사층 (3)(또는 반사층 (3)과 금속층 (31))을 형성시키고 나서, 이 반사층 (3)의 부분(또는 금속층 (31)의 부분)과, 상기 반사층 (3) 또는 상기 금속층 (31)을 접면시켜 가열하여 실시한다. 가열에 의해서, 2개의 반사층 (3) 끼리 (또는 2개의 금속층 (31) 끼리)가 일체화되어 1개의 반사층 (3) (또는 1개의 반사층 (3)과 1개의 금속층 (31))이 된다 (도 6 참조). 가열은 20 MPa 이하에서 가압하면서 실시하는 것이 바람직하다. 가열 온도는 반사층 (3), 반사층의 금속층 (31), 금속의 박층 (63)의 종류에 따라서 250?550℃의 범위에서 선택된다.
반사층 (3)과 금속의 박층 (63)이 동일한 종의 금속으로 구성되어 있을 때에는 반사층의 금속층 (31)은 반드시 필요하지 않지만, 다른 종의 금속으로 구성되어 있을 때에는 반사층 (3)의 표면에는 금속의 박층 (63)과 동일한 종의 반사층의 금속층 (31)을 가지는 것이 바람직하다. 반사층 (3), 반사층의 금속층 (31)의 형성에는 증착법, 스퍼터링법 등이 채용된다. 이들 층의 금속 종은 인듐, 알루미늄, 금, 은 및 이들의 합금인 것이 바람직하다. 특히, 반사층 (3)과 금속의 박층 (63)은 동일한 종의 금속 종으로 구성되어 있는 것이 바람직하다. 반사층 (3), 반사층의 금속층 (31)의 두께는 극단적으로 두꺼우면 밀착성이 저하될 우려가 있으므로, 각각 0.5?10㎛인 것이 바람직하고, 각각 0.5?2㎛인 것이 특히 바람직하다. 이들 두께에 있어서도 반사층 (3)의 두께는 금속의 박층 (63)의 두께와 동일하거나, 또는 10% 이내로 두께가 얇은 것이 바람직하다. 금속의 박층 (63)의 두께는 위에 기재했다.
(다 공정) 이 공정은 상기 접합체로부터 단결정 성장 기판 (1), 버퍼층 (11) 및 표면 코팅층 (12)을 제거하는 공정이다. 단결정 성장 기판의 제거는 단결정 성장 기판측으로부터 레이저 조사, 연마, 에칭 등에 의해서 실시된다. 버퍼층은 에칭 등에 의해서 제거되고, 표면 코팅층은 연삭가공 등에 의해서 제거된다. 이 공정에 의해서 접합체는 부호 (2), (3) (또는 (3)과 (31)), (6)으로 이루어진 중간 구조체로 변화한다.
(라 공정) 이 공정은 상기 중간 구조체의 노출된 n형 Ⅲ-Ⅴ족 반도체층 (21)을 표면 가공하고 나서, 투명도전층 (4)과 이 투명도전층에 전극 (도시하지 않음)을 형성한 후, 원하는 형상으로 절단해서 본 발명의 LED 탑재 구조체를 제조하는 공정이다 (도 6 참조). 이 절단에 의해서, 금속 함침 세라믹스 복합체 (61)는 LED 탑재용 기판 (5)이 되고, 금속의 박층 (63)은 LED 탑재용 기판 표면의 금속박층 (51)이 된다.
n형 Ⅲ-Ⅴ족 반도체층 (21)의 표면 가공은 ICP 드라이 에칭 등에 의해서 실시하는 것이 바람직하고, 이것에 의해서 투명도전층의 형성에 적합한 표면으로 평탄화된다. 투명도전층은 전류 분산을 위해서 형성하는 것이며, 전자빔 증착법, 스퍼터법 등에 의해서, 0.05?0.8㎛의 두께로 형성된다. 투명도전층의 재질은 산화인듐주석, 산화카드뮴주석, 산화인듐아연, 산화알루미늄아연, 산화주석아연, 산화주석안티모니로부터 선택된 적어도 1종의 금속인 것이 바람직하다. 전극의 형성에는 증착법, 스퍼터링법 등이 채용된다. 전극 재료는 Au, Ag, Al 등으로부터 선택된다. 절단은 레이저 컷팅, 다이싱 (dicing) 등에 의해서 실시된다.
본 발명에 있어서는, 금속 함침 세라믹스 복합체의 부분으로부터 적어도 한개의 조각 (즉, LED 탑재용 기판 (5))을 최초로 잘라내어 두고, 그것을 이용해 상기 공정에 준한 조작을 실시하는 것에 의해서도 (단, 이 공정의 절단 조작은 불필요해진다.) 본 발명의 LED 탑재 구조체를 제조할 수 있다. 그러나 생산성의 관점으로부터 상기 공정에 의한 것이 바람직하다.
다음에, 본 발명의 웨이퍼와 그 제조 방법에 대해서 설명한다.
본 발명의 웨이퍼 (6)는 금속 함침 세라믹스 복합체 (61)와, 그 주위에 형성된 보호층 (62)으로 구성되어 있다. LED가 탑재되는 것은 상기 금속 함침 세라믹스 복합체의 부분으로부터 잘라낸 적어도 1개의 조각, 즉 LED 탑재용 기판 (5)이다. 이 관점으로부터 본 발명의 웨이퍼는 LED 탑재용 기판의 모재 (base material)로서 기능한다.
우선, 금속 함침 세라믹스 복합체 (61)에 대해서 설명한다. LED 탑재용 기판에 필요한 요건은 (a) LED를 에피택셜 성장시킨 단결정 성장 기판과, LED 탑재용 기판을 접합할 때에 견딜 수 있는 강도를 가질 것, (b) 접합면에 보이드나 이물 등의 개재물이 없어 접합면이 평탄하게 될 것, (c) 방열성이 양호할 것, (d) 적당한 열전도율과 선열팽창계수를 가질 것이다. (a)는 금속 함침 세라믹스 복합체의 3점 굽힘강도를 50 MPa 이상으로 함으로써, (b)는 금속 함침 세라믹스 복합체의 표면 거칠기 (Ra)를 0.01?0.5㎛로 함으로써, (c)는 금속 함침 세라믹스 복합체의 판 두께를 0.05?0.5㎜로 함으로써, 그리고 (d)는 탄화규소, 질화알루미늄, 질화규소, 다이아몬드 및 흑연 중에서 선택된 1 종류 이상을 포함하며, 기공률이 10?50 부피%인 세라믹스 다공체, 또는 세라믹스 분말 성형체에 금속을 함침시켜 제조된 금속 함침 세라믹스 복합체를 이용함으로써 충족시킬 수 있다.
금속 함침 세라믹스 복합체의 바람직한 함침 금속의 종류는 알루미늄을 주성분으로 하는 알루미늄 합금이고, 특히 바람직한 3점 굽힘강도는 200?400 MPa이고, 특히 바람직한 표면 거칠기 (Ra)는 0.01?0.2㎛이고, 특히 바람직한 판 두께는 0.08?0.3㎜이며, 특히 바람직한 상기 세라믹스 다공체의 기공률은 15?35 부피%이다. 또, 금속 함침 세라믹스 복합체의 바람직한 열전도율은 150?500 W/mK (온도 25℃)이다. 또, 바람직한 선열팽창계수는 4?9×10-6/K (온도 25℃?150℃)이며, 특히 바람직한 선열팽창계수는 4.5?8×10-6/K (온도 25℃?150℃)이다. 또, 금속 함침 세라믹스 복합체의 바람직한 부피고유저항은 10-5Ω?m 미만이다.
금속 함침 세라믹스 복합체의 3점 굽힘강도가 50 MPa 미만이면, LED 탑재 구조체를 제조하는 각 공정에서 발생하는 응력에 견디지 못할 우려가 있다. 표면 거칠기 (Ra)가 0.01㎛ 미만이면, 가공이 곤란해져 비용 증가로 이어지고, 0.5㎛를 넘으면 LED와의 밀착성이 저하될 우려가 있다. 판 두께가 0.05㎜ 미만이면 LED 탑재 구조체를 제조하는 각 공정에서의 취급이 곤란해지고, 0.5㎜를 넘으면 최종 형상으로의 가공 비용이 증가한다. 상기 세라믹스 다공체의 기공률이 10 부피% 미만 (금속이 10 부피% 미만)이면 열전도율이 작아지고, 50 부피%를 넘으면 (금속이 50 부피% 초과) 금속 함침 세라믹스 복합체의 선열팽창계수가 커질 우려가 있다.
금속 함침 세라믹스 복합체의 선열팽창계수 (온도 25℃?150℃)가 4?9×10-6/K의 범위를 벗어나면, LED와의 선열팽창계수 차이에 의해 접합 후에 휘어짐 (warping)이 발생할 우려가 있으며, 또 LED 탑재 구조체로서 사용할 때에 접합층에 박리나, 나아가서는 LED가 갈라질 우려가 있다. 또, 열전도율 (온도 25℃)이 150 W/mK 미만이면 LED에서 발생하는 열을 충분히 방열하지 못하며, 특히 대전류를 흘릴 필요가 있는 고출력 LED에서는 LED의 온도가 올라 발광 효율의 저하, 그에 따르는 소자 수명의 저하가 일어날 우려가 있다. 500 W/mK를 넘어도 되지만 웨이퍼가 고가가 된다. 부피고유저항이 10-5Ω?m 이상이면, 발광 효율의 저하 등이 일어날 우려가 있다. 부피고유저항의 하한값은 재료 입수의 용이성의 관점으로부터 10-9Ω?m인 것이 바람직하다.
금속 함침 세라믹스 복합체의 3점 굽힘강도는 탄화규소, 질화알루미늄, 질화규소, 다이아몬드 및 흑연의 입도와 그 함유량에 의해 증감시킬 수 있고, 표면 거칠기 (Ra)와 판 두께는 가공 조건에 의해 증감시킬 수 있다. 열전도율과 선열팽창계수는 상기 세라믹스 다공체 또는 상기 세라믹스 분말 성형체의 기공률, 금속의 종류와 그 함유량 등에 의해 증감시킬 수 있다. 부피고유저항은 함침 금속의 종류와 함유량에 의해 증감시킬 수 있다.
금속 함침 세라믹스 복합체는 그 자체가 도전성을 가지고 있으므로, LED에 전극을 형성하는 것이 용이해진다. 사파이어 기판 등의 단결정 성장 기판에 있어서는 LED의 상부를 에칭 등으로 제거하고 나서, 동일면 측에 전극을 형성할 필요가 있지만, 금속 함침 세라믹스 복합체로부터 잘라낸 조각 (LED 탑재용 기판)을 이용하면 이 조작은 불필요해진다. 그 결과, LED의 단위 면적당 발광량을 증가시킬 수 있다.
LED 탑재용 기판 (즉, 본 발명의 웨이퍼의 금속 함침 세라믹스 복합체의 부분으로부터 잘라낸 조각) (5)은 상기 요건 (a)?(d) 외에, 내약품성이 뛰어난 것이 바람직하다. 여기서 내약품성이란, 온도 25℃의 5 규정(N)의 HCl 수용액 또는 온도 75℃의 10 규정(N)의 NaOH 수용액에 1분간 침지했을 때, 단위 면적당 질량 감소량이 어떠한 약품에 대해서도 0.2mg/cm2 이하, 특히 0.1mg/cm2 이하인 것을 말한다. 질량 감소량이 0.2mg/cm2를 넘으면, LED 탑재 구조체의 제조 공정 중에 있어서 LED 탑재용 기판의 금속 성분이 용출하여 열전도율 등이 저하되거나, 레이저 컷팅, 다이싱 등으로 소정 형상으로 절단할 때 치핑 (chipping)이 발생해 LED 탑재 구조체의 수율이 저하하는 등의 결함이 발생할 우려가 있다.
내약품성의 부여는 LED 탑재용 기판 (5)에 금속박층 (51)을 형성함으로써 실시할 수 있다. 또, 웨이퍼 (6)의 측면에는 보호층 (62)을 가지고 있으므로, 그 보호층은 특히, Ni, Co, Pd, Cu, Ag, Au, Pt, Ti, W 및 Mo 중에서 선택된 1종 이상의 금속이나, 또는 알루미나, 멀라이트, 질화알루미늄 및 질화규소 중에서 선택된 1종 이상의 기공률이 3% 이하인 세라믹스, 특히 기공률이 3% 이하인 알루미나 또는 멀라이트일 때에는 한층 높은 내약품성이 부여되고 있다.
보호층 (62)의 두께는 3㎜ 이하 (0을 포함하지 않는다)이며, 보호층의 부피점유율은 20 부피% 이하 (0을 포함하지 않는다)인 것이 바람직하다. 보호층의 두께의 하한과 부피점유율의 하한에 대해서는 특별한 제약은 없고, 금속 함침 세라믹스 복합체를 가공할 때의 충격 등의 외적 요인으로부터 보호할 수 있는 두께이면 된다. 한편, 두께가 3㎜를 넘거나, 또는 부피점유율이 20 부피%를 넘으면, 웨이퍼의 금속 함침 세라믹스 복합체의 부분이 작아지게 되므로 본 발명의 LED 탑재 구조체의 수율이 저하되고, 나아가서는 금속 함침 세라믹스 복합체와 보호층의 선열팽창계수에 의해 박리가 발생할 우려가 있다. 특히 바람직한 보호층의 두께는 0.002?2㎜이며, 특히 바람직한 부피점유율은 0.1?15 부피%이다.
금속 함침 세라믹스 복합체는 함침법, 분말야금법 등의 어떠한 방법에 의해서도 제조할 수 있다. 함침법에 의하면 비교적 높은 열전도율이 얻어지기 쉽다. 함침법에도 상압으로 실시하는 방법과 고압하에서 실시하는 방법 (고압단조법)이 있으며, 그 고압단조법에는 용탕단조법과 다이캐스트법이 있다. 본 발명과 같이, 금속 함침 세라믹스 복합체의 주위에 보호층을 형성하려면 용탕단조법이 특히 바람직하다. 또한, 용탕단조법은 고압 용기 내에 세라믹스 분말, 세라믹스 분말 성형체, 또는 세라믹스 다공체를 장전하고, 이들의 공극부에 알루미늄 합금 등의 금속용탕을 고온, 고압하에서 함침시키는 방법이다.
이하, 용탕단조법에 대해서 더욱 자세하게 설명한다.
세라믹스로는 열전도율이 높고, 선열팽창계수가 작다는 점으로부터, 탄화규소, 질화알루미늄, 질화규소, 다이아몬드 및 흑연 중에서 선택된 1 종류 이상인 것이 바람직하다. 세라믹스의 종류, 금속의 종류, 이들의 구성 비율에 의해서 열전도율 및 선열팽창계수를 조정할 수 있다.
세라믹스는 분말 그대로도 금속과 복합화 가능하지만, 세라믹스 분말과 예를 들면 메틸셀룰로오스, 실리카졸 등의 바인더를 이용해 세라믹스 분말 성형체로 한 것이나, 또한 이 세라믹스 분말 성형체를 소결하여 기공률이 10?50 부피%인 세라믹스 다공체로 한 것이 바람직하다. 이들의 형상은 판상, 원주상 등 특별한 제약은 없다. 세라믹스 분말 성형체의 성형 방법은 프레스 성형, 캐스팅 (casting) 성형 등 일반적인 세라믹스 분말의 성형 방법을 채용할 수 있다. 세라믹스 다공체의 기공율의 조정은 세라믹스 분말의 입도, 성형 압력, 소결 조건 등에 의해서 실시할 수 있다.
그 다음에, 세라믹스 분말, 세라믹스 분말 성형체 및 세라믹스 다공체로부터 선택된 적어도 1종을 금속제 또는 세라믹스제의 관상체 내부에 충전한 후, 그 충전물 중 한개 또는 두개 이상을 이형제 (mold release agent)가 도포된 치구 등으로 고정한다. 예를 들면, 그들 충전물의 복수 개를 이형제를 도포한, 예를 들면 스테인레스판, 세라믹스판 등의 이형판을 끼워 적층하고, 금속제, 세라믹스제 등의 볼트-너트 등으로 연결해 적층체로 한다. 이형제로는 흑연, 질화붕소, 알루미나 등이 사용된다.
얻어진 적층체는 온도 600?800℃ 정도에서 가열 후, 고압 용기 내에 한개 또는 두개 이상 배치하고, 융점 이상으로 가열된 금속용탕을 넣어 30 MPa 이상의 압력으로 가압해, 금속을 세라믹스 분말, 세라믹스 분말 성형체 및 세라믹스 다공체로부터 선택된 적어도 한쪽을 가지는 공극부에 함침시킨다. 이에 의해서 금속 함침 세라믹스 복합체가 된다. 금속 함침 세라믹스 복합체는 어닐 처리를 실시해 함침시의 뒤틀림을 제거할 수도 있다. 가열 온도가 온도 600℃ 미만이거나, 또는 함침시의 압력이 30 MPa 미만이면, 금속 함침 세라믹스 복합체의 열전도율이 저하될 우려가 있다. 또, 온도가 800℃를 넘으면, 세라믹스의 표면 산화가 일어나, 이 또한 열전도율이 특성화될 우려가 있다. 특히 바람직한 함침 압력은 50?150 MPa이다.
금속 함침 세라믹스 복합체를 함침하는 금속으로는, 알루미늄 합금, 마그네슘 합금, 구리 합금, 실리콘 합금이 바람직하다. 특히 바람직하게는, 알루미늄을 70 질량% 이상 함유하는 알루미늄 합금이다. 알루미늄의 함유량이 70 질량% 미만이면 열전도율이 크게 향상되지 않는다. 또, 알루미늄 합금은 공극 내에 충분히 침투시키기 위해서 융점이 가능한 낮은 것이 바람직하다. 이와 같은 알루미늄 합금으로 예를 들면 실리콘을 5?25 질량% 함유한 알루미늄 합금이다. 또, 마그네슘을 5 질량% 이하까지 함유시킴으로써 세라믹스와 금속의 결합이 보다 강고하게 되어 바람직하다.
얻어진 함침품을 선반, 원통연삭반 등을 이용하고, 또 필요에 따라서 다이아몬드 숫돌 (whetstone)을 이용하여 금속 함침 세라믹스 복합체 주위에 있는 관상체가 노출된 원주 형상으로 가공한다. 웨이퍼의 구조는 관상체의 내경 치수 등에 의해서도 조정하지만, 이 가공시의 연삭량으로 원주체의 외경 치수 등을 조정해 최종적인 웨이퍼의 형상이 조정된다. 즉, 보호층의 두께, 부피점유율이 정해진다.
상기 방법은 관상체를 이용해 그것을 보호층으로 하는 것이지만, 이와는 별도로 먼저 세라믹스 다공체 또는 세라믹스 분말 성형체의 공극부에 금속을 함침시킨 후, 그 측면에 보호층을 형성하는 방법이어도 된다. 즉, 세라믹스 분말 성형체 또는 세라믹스 다공체를 온도 600?800℃에서 가열 후, 고압 용기에 한개 또는 두개 이상 배치하고, 융점 이상으로 가열된 금속용탕을 넣어 30 MPa 이상의 압력으로 가압해 금속을 세라믹스 분말 성형체 또는 세라믹스 다공체의 공극부에 함침시킨다. 얻어진 함침품을 선반, 원통연삭반 등을 이용하고, 또 필요에 따라서 다이아몬드 숫돌을 이용하여 원주체로 가공한다. 그 후, 그 주위 (측면)에 도금, 증착, 스퍼터링에 의해, Ni, Co, Pd, Cu, Ag, Au, Pt, Ti, W 및 Mo 중에서 선택된 1종 이상의 보호층을 형성한다.
그 후, 상기 중 어느 하나의 방법으로 제조된 원주체를 멀티-와이어 소 (multi-wire saw), 내주인절단기 (ID blade cutter) 등에 의해 웨이퍼의 최종 형상보다도 0.1?0.5㎜ 정도 두꺼운 판 두께로 절단한 후, 표면 마무리하여 본 발명의 웨이퍼를 형성한다. 본 발명의 웨이퍼는 Ni, Co, Pd, Cu, Ag, Au, Pt 및 Sn 중에서 선택된 1종 이상의 금속의 박층 (63)을 가지고 있어도 되는 것은 위에 기재했다. 절단 방법에는, 특별히 한정은 없지만, 절단 비용이 적어 양산성에 적합한 멀티-와이어 소가 매우 적합하다. 표면 마무리에는 양면연삭반, 로터리연삭반, 평면연삭반, 랩반 (lapping machine) 등의 가공기가 이용되며, 판 두께는 0.05?0.5㎜, 표면 거칠기 (Ra)는 0.01?0.5㎛로 면 가공하는 것이 바람직하다. LED 탑재 구조체의 제조 공정으로 본 발명의 웨이퍼를 LED와 접합한 후에 연마 가공하는 경우에는 한 면 (접합면)에만 면 가공되기도 한다.
실시예
실시예 1
＜웨이퍼의 제조＞
시판되는 탄화규소 (SiC) 분말 A (평균입자지름 200㎛) 1800g, 탄화규소 분말 B (평균입자지름 20㎛) 900g, 탄화규소 분말 C (평균입자지름 2㎛) 300g, 및 성형 바인더 (메틸셀룰로오스, 신에츠 화학공업사제, 「메토로즈」) 150g을 교반 혼합기로 30분간 혼합한 후, Φ55㎜×110㎜ 치수의 원주상으로 면압 10 MPa에서 프레스 성형한 후, 성형 압력 100 MPa에서 CIP 성형해 성형체를 제조했다. 이를 대기 분위기 중 온도 600℃에서 2시간 탈지 후, 아르곤 분위기하 온도 2100℃에서 2시간 소성한 후, 머시닝 센터에서 다이아몬드제 숫돌에 의해 외형 치수를 Φ48.8㎜×100㎜의 형상으로 가공해 세라믹스 다공체 (기공률 20%)를 제조했다.
이 세라믹스 다공체를 알루미나 관 (외경 치수： Φ52.3㎜×100㎜, 내경 치수： Φ49㎜×100㎜)에 삽입 후, 질화붕소제 이형제가 도포된 통상 흑연 치구 (tubular graphite jig)(외형 치수： 70㎜×70㎜×100㎜, 내경 치수： Φ52.5㎜×100㎜)에 삽입하여 구조체를 형성했다. 이 구조체 4개를 이형판 (70㎜×100㎜×0.8㎜의 스테인레스판에 흑연제 이형제가 도포된 것)을 끼워서 적층하고, 양측에 12㎜ 두께의 철판을 배치하고 볼트 8개로 연결하여 하나의 적층체 (140.8㎜×140.8㎜×100㎜)를 형성했다.
이 적층체를 전기로로 온도 700℃에서 예비 가열한 후, 미리 가열해 둔 프레스형 (내경 Φ400㎜×300㎜)에 수납하고, 알루미늄 합금의 용탕 (합금 조성： Si 12 질량%, Mg 1 질량%, Al 87 질량%, 온도： 800℃)을 부어, 100 MPa의 압력에서 25분간 가압해 알루미늄 합금을 함침시켰다. 실온까지 냉각한 후, 습식 밴드소로 이형판의 형상을 따라서 이형판을 벗기고, 선반에서 흑연 치구 부분을 제거하고 나서, 530℃의 온도에서 3시간 어닐 처리하여 뒤틀림을 제거하고 함침품 (Φ52㎜×100㎜의 원주체)을 제조했다.
이 함침품으로부터, 연삭가공에 의해 선열팽창계수 측정용 시험체 (Φ3㎜×10㎜), 열전도율 측정용 시험체 (25㎜×25㎜×1㎜), 3점 굽힘강도 측정용 시험체 (3㎜×4㎜×40㎜), 부피고유저항 측정용 시험체 (40㎜×40㎜×5㎜)를 잘라내고, 온도 25℃?150℃에서의 선열팽창계수를 열팽창계 (세이코 전자공업사제; TMA300)에 의해, 온도 25℃에서의 열전도율을 레이저 플래시법 (울백(Ulvac)사제; TC3000)에 의해, 3점 굽힘강도를 굽힘강도 시험기에 의해, 부피고유저항을 4 단자법 (JIS　R1637에 준거)에 의해 측정했다. 그 결과, 선열팽창계수는 5.1×10-6/K, 열전도율은 250 W/mK, 3점 굽힘강도는 350 MPa, 부피고유저항은 8×10-7Ω?m였다 (표 1).
상기 함침품을 원통연삭반으로 다이아몬드 숫돌에 의해 Φ50.8㎜×100㎜의 형상으로 외주 가공을 실시한 후, 멀티-와이어 소로 다이아몬드 지립 (grain)을 이용해 절단절삭속도 (slicing speed) 0.2㎜/min으로, 판 두께 0.3㎜의 원반으로 절단했다. 이 원반을 양면연삭반으로 ＃600의 다이아몬드 숫돌을 이용해 판 두께 0.22㎜로 연삭가공한 후, 랩반으로 다이아몬드 지립을 이용해 판 두께 0.2㎜까지 연마 가공을 실시한 후, 순수 중, 이어서 이소프로필알코올 중에서 초음파 세정을 실시하고 건조하여 본 발명의 웨이퍼를 제조했다 (도 1 참조).
＜웨이퍼의 특성＞
이 웨이퍼 (6)는 중심 부분이 금속 함침 세라믹스 복합체 (61)이며, 그 주위가 알루미나 보호층 (62)으로 이루어진 것이다 (도 1 참조). 표면 거칠기계로 측정된 표면 거칠기 (Ra)는 0.08㎛이며, 공장 현미경으로 측정된 알루미나 보호층의 두께는 0.9㎜이고, 보호층의 부피점유율은 7.0%였다.
또, 웨이퍼의 상하면에 금속의 박층 (63) (두께가 0.5㎛인 Au층)을 증착법에 의해 형성하고 (도 4 참조) 내약품성을 평가했다. 내약품성은 온도 25℃의 5 규정의 HCl 수용액에 1분간 침지한 후 증류수로 수세 후, 추가로 온도 75℃의 10N NaOH 수용액에 1분간 침지한 후 증류수로 수세하여 질량을 측정하고, 단위 면적당 질량 감소량을 산출하여 실시했다. 그 결과, 0.01mg/cm2였다.
＜LED 탑재 구조체의 제조＞
도 2에 나타낸 바와 같이, 판 두께가 0.5㎜인 단결정 성장 기판 (단결정 사파이어 기판) (1)에 암모니아 가스와 트리메틸갈륨을 사용하고, 캐리어 가스로 수소와 질소의 혼합 가스를 이용하여, 온도 1100℃에서 MOCVD법에 의해 n형 Ⅲ-Ⅴ족 반도체의 버퍼층 (n형 GaN 버퍼층) (11)을 0.3㎛ 형성시킨 후, LED (2)를 4.1㎛ 에피택셜 성장시켰다. LED는 n형 Ⅲ-Ⅴ족 반도체층 (n형 GaN 반도체층)(21)은 2㎛, 발광층 (GaN 발광층) (22)은 0.1㎛, 및 p형 Ⅲ-Ⅴ족 반도체층 (p형 GaN 반도체층) (23)은 2㎛로 구성되어 있었다.
다음에, LED (2)의 p형 GaN 반도체층 (23) 표면과, 상기에서 제조된 본 발명의 웨이퍼 (6)의 표면 각각에 은/주석 합금 (Ag 3.5 질량%, Sn 96.5 질량%)의 금속층의 반사층 (3)을 2㎛의 두께로 진공 증착했다.
상기 반사층 (3) 끼리를 접면시켜 적층하고, 온도 400℃에서 5 MPa의 가압하에 5분간 유지했다. 2개의 반사층은 융합되어 1개의 반사층 (3)이 되었다. 얻어진 접합체로부터 단결정 성장 기판 (단결정 사파이어 기판) 측부터 출력 40 MW/cm2의 질소 가스 레이저를 조사해 단결정 사파이어 기판 (1)을 박리했다. 또, 이 레이저 조사에 의해, n형 GaN 버퍼층 (11)이 Ga와 질소로 분해되어 발생한 질소 가스 에 의해 단결정 사파이어 기판이 박리되었다. 이 공정에 의해서 접합체는 부호 (2), (3), (6)으로 이루어진 중간 구조체로 변화했다.
그 후, 노출된 n형 GaN 버퍼층 (11)을 에칭에 의해 제거한 후, LED (2)의 표면에 산화인듐주석 (Sn 4.5 질량%)의 투명도전층 (4)을 0.4㎛의 두께로 형성했다. 그 후, 이 투명도전층에 n형 전극으로서 Au를 증착하고 나서, 다이싱에 의해 1㎜×1㎜로 절단해 본 발명의 LED 탑재 구조체를 제조했다 (도 3 참조, 단 전극은 도시하지 않음).
실시예 2?5, 비교예 1?3
실시예 2, 3 및 비교예 1, 2는 멀티-와이어 소 가공시의 절단폭을 바꾸고, 판 두께를 여러 가지로 바꾸는 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 해서 웨이퍼를 제조했다. 또, 실시예 4, 5 및 비교예 3은 랩반 가공시의 다이아몬드 지립의 입도를 바꾸고, 표면 거칠기를 바꾸는 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 해서 웨이퍼를 제조했다. 그 결과를 표 1에 나타낸다.
실시예 6?13
실시예 1에서 제조한 웨이퍼에, 표 2에 나타낸 방법으로 여러 가지의 금속의 박층 (63)을 형성하고 (도 4 참조), 내약품성을 평가했다. 그 결과를 표 2에 나타낸다.
실시예 14?22
실시예 1에서 제조한 세라믹스 다공체 (기공률: 20%)를 머시닝 센터에서 다이아몬드제 숫돌을 이용해 표 3에 나타낸 외경 치수로 가공했다. 이들 각각을 금속제 또는 세라믹스제의 관상체 (외경 치수: Φ52.3㎜×100㎜, 내경 치수： 표 3)에 삽입하고 나서, 질화붕소제 이형제를 이용해 통상의 흑연 치구 (외형 치수: 70㎜×70㎜×100㎜, 내경 치수: Φ52.5㎜×100㎜)에 넣어 구조체로 하고, 이후 실시예 1과 동일하게 해서 어닐 처리까지의 조작을 실시해 금속 함침 세라믹스 복합체를 제조했다. 그 후, 이 금속 함침 세라믹스 복합체로부터, 실시예 1과 동일하게 하여 Φ50.8㎜×0.2㎜의 형상으로, 그 주위에 금속제 또는 세라믹스제의 관상체에 대응한 재질의 보호층을 가지는 웨이퍼를 제조했다. 그 결과를 표 3에 나타낸다.
실시예 23
실시예 1의 CIP 성형체를 대기 분위기 중 온도 600℃에서 2시간 탈지 처리 후, 아르곤 분위기하, 온도 2100℃에서 8시간 소성하여, 기공률이 10%인 세라믹스 다공체를 제조한 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 하여 어닐 처리까지의 조작을 실시해 금속 함침 세라믹스 복합체를 제조했다. 그 결과, 금속 함침 세라믹스 복합체의 선열팽창계수는 4.6×10-6/K, 열전도율은 270 W/mK, 3점 굽힘강도는 320 MPa, 부피고유저항은 1.6×10-6Ω?m였다. 그 후, 이 금속 함침 세라믹스 복합체로부터 실시예 1과 동일하게 하여 웨이퍼를 제조했는데, 웨이퍼의 표면 거칠기 (Ra)는 Ra 0.06㎛, 알루미나의 보호층의 두께는 0.9㎜, 부피점유율은 7.0%, 내약품성은 0.01mg/cm2였다.
실시예 24
탄화규소 분말 D (시판품: 평균 입자 지름 10㎛) 2000g, 실리카 졸 (닛산 화학사제: 스노텍스) 300g의 혼합 분말을 Φ52×100㎜ 치수의 원주상으로 면압 30 MPa에서 프레스 성형해 성형체를 제조했다. 얻어진 성형체를 온도 120℃에서 1시간 건조 후, 질소 분위기하, 온도 1400℃에서 2시간 소성하여 기공률이 50%인 세라믹스 다공체를 제조하는 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 하여 어닐 처리까지의 조작을 실시해 금속 함침 세라믹스 복합체를 제조했다. 그 결과, 금속 함침 세라믹스 복합체의 선열팽창계수는 9.5×10-6/K, 열전도율은 180 W/mK, 3점 굽힘강도는 500 MPa, 부피고유저항은 3×10-7Ω?m였다. 그 후, 이 금속 함침 세라믹스 복합체로부터 실시예 1과 동일하게 하여 웨이퍼를 제조했는데, 표면 거칠기 (Ra)는 Ra 0.09㎛, 알루미나 보호층의 두께는 0.9㎜이고, 부피점유율은 7.0%, 내약품성은 0.02mg/cm2였다.
실시예 25
탄화규소 분말 D 138g, 탄화규소 분말 E (시판품: 평균입자지름 150㎛) 255g의 혼합 분말을 알루미나관 (외경 치수: Φ52.3㎜×100㎜, 내경 치수: Φ49㎜×100㎜)에 충전해 세라믹스 분말 성형체 (기공률: 35%)로부터 통상 흑연 치구에 삽입해 구조체로 하는 것 이외에는, 실시예 1과 동일하게 하여 어닐 처리까지의 조작을 실시해 금속 함침 세라믹스 복합체를 제조했다. 그 결과, 금속 함침 세라믹스 복합체의 선열팽창계수는 7.5×10-6/K, 열전도율은 210 W/mK, 3점 굽힘강도는 400 MPa, 부피고유저항은 5×10-7Ω?m였다. 그 후, 이 금속 함침 세라믹스 복합체로부터, 실시예 1과 동일하게 하여 웨이퍼를 제조했는데, 표면 거칠기 (Ra)는 0.08㎛, 알루미나의 보호층의 두께는 0.9㎜, 부피점유율은 7.0%, 내약품성은 0.01mg/cm2였다.
실시예 26
(웨이퍼의 제조)
실시예 1에서 제조된 세라믹스 다공체를 머시닝 센터에서 다이아몬드 숫돌을 이용하여 외형 치수를 Φ52㎜×100㎜의 형상으로 가공한 후, 질화붕소의 이형제를 도포하고, 통상 철제 치구 (외형 치수: 70㎜×70㎜×100㎜, 내경 치수: Φ52. 5㎜×100㎜)에 삽입해 구조체로 하였다. 이 구조체 4개를 이형판 (70㎜×70㎜×0.8㎜의 스테인레스판에 흑연 이형제가 도포된 것)을 끼워 적층하여 적층체 (140.8㎜×140.8㎜×100㎜)를 형성하고, 이 양측에 세라믹스 보드 (두께 10㎜)를 끼워 철판 (두께 12㎜)을 배치하고 볼트로 연결했다. 이후, 실시예 1과 동일하게 하여 어닐 처리까지의 조작을 실시해 금속 함침 세라믹스 복합체를 제조했다.
얻어진 금속 함침 세라믹스 복합체를 원통연삭반으로 다이아몬드 숫돌을 이용하여 Φ50.8㎜×100㎜의 원주 형상으로 외주 가공을 실시한 후, 표면을 세정한 후, NaOH 용액에 의해 표면의 알루미늄 합금부를 에칭 제거하고, 무전해도금 처리를 실시해 두께가 10㎛인 Ni-P 도금층을 형성했다. 그 후, 원주 형상의 금속 함침 세라믹스 복합체를 멀티-와이어 소로 다이아몬드 지립을 이용해 절단절삭속도 0.2㎜/min로, 판 두께 0.3㎜의 원판상으로 절단 가공을 실시했다. 원판상의 금속 함침 세라믹스 복합체를 양면연삭반으로 ＃600의 다이아몬드 숫돌을 이용해 판 두께 0.22㎜로 연삭가공한 후, 랩반으로 다이아몬드 지립을 이용해 판 두께 0.2㎜까지 연마 가공을 실시한 후, 순수 중, 이어서 이소프로필알코올 중에서 초음파 세정을 실시하고, 건조해서 중심 부분이 금속 함침 세라믹스 복합체 (61)이고, 그 주위가 금속층 (Ni)인 보호층 (62)으로 이루어진 웨이퍼 (6)를 제작했다 (도 1 참조). 이 웨이퍼의 표면 거칠기 (Ra)는 Ra 0.09㎛, Ni 보호층의 두께는 0.01㎜, 부피점유율은 0.04%, 내약품성은 0.01mg/cm2였다.
(LED 탑재 구조체의 제조)
도 5에 나타낸 바와 같이, 판 두께가 0.5㎜인 단결정 성장 기판 (단결정 사파이어 기판) (1)에 CVD법으로 SiC로 이루어진 표면 코팅층 (12)을 2㎛ 형성한 후, 암모니아 가스와 염화 갈륨을 사용하고, 캐리어 가스로서 수소 가스를 이용해 온도 1050℃에서 HVPE법에 의해 두께가 4.1㎛인 LED (2)를 에피택셜 성장시켰다. LED (2)는 n형 Ⅲ-Ⅴ족 반도체층 (n형 GaN 반도체층) (21)이 2㎛, 발광층 (GaN 발광층) (22)이 0.1㎛, 및 p형 Ⅲ-Ⅴ족 반도체층 (p형 GaN 반도체층) (23)이 2㎛로 구성되어 있었다.
다음에, LED (2)의 p형 GaN 반도체층 (23)의 표면에 진공 증착법으로 은을 0.5㎛ 두께로 증착해 반사층 (3)을 형성한 후, Au/주석 합금 (Au 80 질량%, Sn 20 질량%)을 1.5㎛의 두께로 증착해 금속층 (31)을 형성했다. 상기에 제조된 웨이퍼 (6)의 표면에도 금속층 (31)을 동일한 방법으로 Au/주석 합금을 1.5㎛ 두께로 증착해 금속층 (31)을 형성했다. 쌍방의 금속층 (31)을 접면시켜 적층하고, 온도 500℃에서 5 MPa의 가압하에서 5분간 유지해 접합체를 제조했다. 이에 의해서 쌍방의 금속층 (31)은 융합하여 1개의 금속층 (31)으로 되었다.
얻어진 접합체를 산 처리하여 단결정 성장 기판 (단결정 사파이어 기판) (1)을 에칭 제거한 후, 연삭가공에 의해 표면 코팅층 (12)을 완전히 제거했다. 그 다음에, 노출된 LED (2)의 표면을 에칭에 의해 표면 거칠기화한 후, 산화인듐주석 (Sn 4.5 질량%)의 투명도전층 (4)을 0.2㎛ 두께로 형성했다. 그 후, n형 전극으로서 Au를 증착하고 레이저 가공해 LED 탑재 구조체를 제조했다 (도 6 참조, 단 전극은 도시하지 않음).
실시예 27
세라믹스 다공체로서 등방성 흑연 성형체 (토카이 카본사제: G458, 기공률: 13 부피%, 치수: 100㎜×100㎜×100㎜)를 이용하고, 또 이형판으로서 흑연 이형재가 도포된 스테인레스판 (100㎜×100㎜×0.8㎜)을 이용한 것 이외에는 실시예 1에 준하여 어닐 처리까지의 조작을 실시해 금속 함침 세라믹스 복합체를 제조했다. 이 금속 함침 세라믹스 복합체의 선열팽창계수는 5.5×10-6/K, 열전도율은 250 W/mK, 3점 굽힘강도는 60 MPa, 부피고유저항은 1.5×10-7Ω?m였다.
이 금속 함침 세라믹스 복합체를 다이아몬드 소로 절단 가공한 후, 원통연삭반으로 다이아몬드 숫돌을 이용해 직경 50.8㎜×100㎜의 원주 형상으로 외주 가공을 실시하고, 실시예 26과 동일하게 하여, 그 주위에 금속층 (Ni)인 보호층을 가지는 웨이퍼를 제조했다. 이 웨이퍼의 표면 거칠기 (Ra)는 0.15㎛, Ni 보호층의 두께는 0.01㎜, 부피점유율은 0.04%, 내약품성 0.02mg/cm2였다.
실시예 28
질화알루미늄 분말 (평균입자지름 2㎛) 2880g, 이트리아 (yttria) 분말 (평균입자지름 1㎛) 120g, 성형 바인더 (메틸셀룰로오스) 150g, 및 순수 150g의 혼합 분말을 면압 10 MPa에서 프레스 성형한 후, 추가로 성형 압력 100 MPa에서 CIP 성형해 CIP 성형체 (직경 55㎜×110㎜)를 제조했다. 이를 대기 분위기 중, 온도 600℃에서 2시간 탈지 처리 후, 질소 분위기하, 온도 1780℃에서 4시간 소성하여 소결체를 제조한 후, 머시닝 센터에서 다이아몬드 숫돌을 이용해 기공률이 22%인 세라믹스 다공체 (직경 52㎜×100㎜)를 제조했다. 이 세라믹스 다공체를 이용한 것, 및 알루미늄 합금 대신에 순수 알루미늄을 이용한 것 이외에는 실시예 1에 준하여 어닐 처리까지의 조작을 실시해 금속 함침 세라믹스 복합체를 제조했다. 이 금속 함침 세라믹스 복합체의 선열팽창계수는 5.3×10-6/K, 열전도율은 180 W/mK, 3점 굽힘강도는 420 MPa, 부피고유저항은 7.5×10-7Ω?m였다. 그 후, 이 금속 함침 세라믹스 복합체로부터, 실시예 27과 동일하게 하여 웨이퍼를 제조했다. 웨이퍼의 표면 거칠기 (Ra)는 0.07㎛, Ni 보호층의 두께는 0.01㎜, 부피점유율은 0.04%, 내약품성은 0.01mg/cm2였다.
실시예 29
질화규소 분말 (평균입자지름 1㎛) 2790g, 이트리아 분말 (평균입자지름 1㎛) 150g, 및 산화마그네슘 분말 (평균 입자 지름 1㎛) 60g의 혼합물을 이용한 것 이외에는, 실시예 28과 동일하게 하여 CIP 성형체를 제조했다. 이를 0.9 MPa의 질소 가압 분위기하, 온도 1880℃에서 4시간 소성하여 소결체를 제조한 후, 머시닝 센터에서 다이아몬드 숫돌을 이용하여 기공률이 13%인 세라믹스 다공체 (직경 52㎜×100㎜)를 제조했다. 이하, 실시예 28과 동일하게 하여 금속 함침 세라믹스 복합체 및 웨이퍼를 제조했다. 금속 함침 세라믹스 복합체의 선열팽창계수는 4.0×10-6/K, 열전도율은 150 W/mK, 3점 굽힘강도는 450 MPa, 부피고유저항은 1.1×10-6Ω?m였다. 또, 웨이퍼의 표면 거칠기 (Ra)는 Ra 0.09㎛, Ni인 보호층의 두께는 0.01㎜, 부피점유율은 0.04%, 내약품성은 0.01mg/cm2였다.
실시예 30
다이아몬드 분말 A (Diamond　Innovations사제, MBG-600, 평균입자지름: 120㎛) 7g, 다이아몬드 분말 B (Diamond　Innovations사제, MBG-600, 평균입자지름: 15㎛) 3g을 알루미나제의 막자사발 (mortar)에서 10분간 혼합했다. 흑연 치구 X (외형 치수: 70㎜×70㎜×20㎜, 내경 치수: 직경 52.5㎜×20㎜)에 통상 흑연 치구 Y (외형 치수: 직경 52.4㎜×9㎜)를 삽입한 후, 상기 다이아몬드 혼합 분말 10g를 충전하고, 추가로 다이아몬드 혼합 분말의 윗면에 흑연 치구 Y를 삽입하여, 기공률이 35%인 세라믹스 분말 성형체를 형성했다. 이 세라믹스 분말 성형체를 실시예 1에 준하여 적층체 없이 함침 처리를 실시하여, 통상 흑연 치구로 둘러싸인 금속 함침 세라믹스 복합체 (70㎜×70㎜×20㎜)를 제조했다. 이 금속 함침 세라믹스 복합체의 선열팽창계수는 7.5×10-6/K, 열전도율은 500 W/mK, 3점 굽힘강도는 320 MPa, 부피고유저항은 5×10-7Ω?m였다.
그 다음에, 금속 함침 세라믹스 복합체가 노출될 때까지, 양 주면 (主面)측 (70㎜×70㎜)으로부터 다이아몬드 숫돌을 이용해 평면연삭반으로 연삭가공을 실시해, 판상체 (70㎜×70㎜×3㎜)로 가공했다. 그 후, 워터 제트 가공기로 원판 (직경 50.8㎜×3㎜) 형상으로 외주 가공을 실시하고, 표면을 세정한 후, NaOH 용액으로 표면의 알루미늄 합금부를 에칭 제거하고, 무전해도금 처리를 실시해 두께가 10㎛인 Ni-P 도금층을 형성한 후, 금속 함침 세라믹스 복합체의 양 주면을 평면연삭반으로 다이아몬드 숫돌을 이용해 연삭가공을 실시해, 주위에 금속층 (Ni)인 보호층을 가지는 웨이퍼를 제조했다. 웨이퍼의 표면 거칠기 (Ra)는 0.3㎛, Ni인 보호층의 두께는 0.01㎜, 부피점유율은 0.04%, 내약품성은 0.01mg/cm2였다.
실시예 31
실시예 1의 세라믹스 다공체 (외형 치수: 직경 52㎜×높이 100㎜, 기공률： 20%)를 머시닝 센터에서 다이아몬드 숫돌을 이용해 외형 치수가 직경 52㎜×20㎜인 원반으로 가공했다. 이 원반과 괴상 (塊狀) 실리콘을 BN분을 도포한 흑연 도가니에 넣어 전기로 내에 세팅한다. 로 내를 진공으로 하고 1650℃에서 8시간 유지해서 원반에 실리콘을 함침시켰다. 실온까지 냉각한 후, 원통연삭반으로 여분의 실리콘을 제거해 금속 함침 세라믹스 복합체를 제조했다. 이 금속 함침 세라믹스 복합체의 선열팽창계수는 4.3×10-6/K, 열전도율은 210 W/mK, 3점 굽힘강도는 250 MPa, 부피고유저항은 1×10-5Ω?m였다. 그 후, 실시예 26과 동일하게 하여 웨이퍼를 제조했다. 웨이퍼의 표면 거칠기 (Ra)는 0.15㎛, Ni인 보호층의 두께는 0.01㎜, 부피점유율은 0.04%, 내약품성은 0.005mg/cm2였다.
Figure pct00001
Figure pct00002
Figure pct00003
1: 단결정 성장 기판
11: 단결정 성장 기판 (1) 표면의 n형 Ⅲ-Ⅴ족 반도체의 버퍼층
12: 단결정 성장 기판 (1) 표면의 무기 화합물의 표면 코팅층
2: LED
21: LED (2)의 n형 Ⅲ-Ⅴ족 반도체층
22: LED (2)의 발광층
23: LED (2)의 p형 Ⅲ-Ⅴ족 반도체층
3: 반사층
31: 반사층 (3) 표면의 금속층
4: 투명도전층
5: LED 탑재용 기판
51: LED 탑재용 기판 (5) 표면의 금속박층
6: 웨이퍼
61: 웨이퍼 (6)의 금속 함침 세라믹스 복합체
62: 웨이퍼 (6)의 보호층
63: 금속 함침 세라믹스 복합체 (61) 표면의 금속의 박층

Claims (7)

  1. 금속 함침 세라믹스 복합체 (61)와, 그 주위에 형성된 보호층 (62)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 LED 탑재용 웨이퍼 (6).
  2. 청구항 1에 있어서,
    금속 함침 세라믹스 복합체는 탄화규소, 질화알루미늄, 질화규소, 다이아몬드 및 흑연 중에서 선택된 1 종류 이상을 포함하며, 기공률이 10?50 부피%인 다공체 또는 분말 성형체에 금속이 함침되어 이루어진 것이며, 판 두께는 0.05?0.5㎜, 표면 거칠기 (Ra)는 0.01?0.5㎛, 3점 굽힘강도는 50 MPa 이상, 온도 25℃에서 열전도율은 150?500 W/mK, 온도 25℃?150℃에서 선열팽창계수는 4?9×10-6/K, 부피고유저항은 10-9?10-5Ω?m인 것을 특징으로 하는 LED 탑재용 웨이퍼.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    보호층이 Ni, Co, Pd, Cu, Ag, Au, Pt, Ti, W 및 Mo 중에서 선택된 1종 이상의 금속이나, 또는 기공률이 3% 이하인 알루미나, 멀라이트, 질화알루미늄 및 질화규소 중에서 선택된 1종 이상의 세라믹스로 이루어지며, 보호층의 두께가 3㎜ 이하 (0을 포함하지 않는다), 보호층의 부피점유율이 20 부피% 이하 (0을 포함하지 않는다)인 것을 특징으로 하는 LED 탑재용 웨이퍼.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    금속 함침 세라믹스 복합체 (61)가 표면에 두께가 0.5?10㎛인 Ni, Co, Pd, Cu, Ag, Au, Pt 및 Sn 중에서 선택된 1 종류 이상의 금속의 박층 (63)을 가지고 있는 것을 특징으로 하는 LED 탑재용 웨이퍼.
  5. 금속제 또는 세라믹스제의 관상체의 내부로, 세라믹스 다공체, 세라믹스 분말 성형체 및 세라믹스 분말로부터 선택된 적어도 한쪽을 충전한 후, 이들 세라믹스 다공체, 세라믹스 분말 성형체 및 세라믹스 분말로부터 선택된 적어도 한쪽을 가지는 공극부에 금속을 함침시킨 후, 가공하는 것을 특징으로 하는 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 기재된 LED 탑재용 웨이퍼의 제조 방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    세라믹스 다공체, 세라믹스 분말 성형체를 가지는 공극부에 금속을 함침시킨 금속 함침 세라믹스 복합체를 원주 형상으로 가공한 후, 측면부에 도금, 증착, 스퍼터링에 의해 금속층을 형성하고, 가공하는 것을 특징으로 하는 LED 탑재용 웨이퍼의 제조 방법.
  7. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 기재된 LED 탑재용 웨이퍼 (6)의 금속 함침 세라믹스 복합체 (61)의 부분으로부터 잘라낸 적어도 한개의 조각으로 이루어진 LED 탑재용 기판 (5)의 적어도 한면에 금속박층 (51) 또는 금속박층 (51) 및 반사층 (3)의 금속층 (31)과, 반사층 (3)과, LED (2)와, 투명도전층(4)을 순차로 가지고 있으며, 투명도전층 (4)에 전극 (도시하지 않음)이 장착되어 이루어진 것을 특징으로 하는 LED 탑재 구조체.
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Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9222172B2 (en) * 2008-08-20 2015-12-29 Applied Materials, Inc. Surface treated aluminum nitride baffle
US9178105B2 (en) * 2010-09-21 2015-11-03 Amberwave Inc. Flexible monocrystalline thin silicon cell
JP2013012623A (ja) * 2011-06-30 2013-01-17 Denki Kagaku Kogyo Kk Ｌｅｄ発光素子用保持基板、その製造方法及びｌｅｄ発光素子
CN102506429B (zh) * 2011-11-07 2013-12-04 西安交通大学 浸入式燃气陶瓷内加热器套管及其制备方法
WO2013150919A1 (ja) * 2012-04-02 2013-10-10 日立金属株式会社 セラミックハニカム体の製造方法
CN103474522B (zh) * 2012-06-07 2016-04-13 清华大学 发光二极管的制备方法
RU2521129C1 (ru) * 2012-12-27 2014-06-27 Виталий Алексеевич САВЕНКОВ Способ обработки цилиндрических поверхностей сапфировых деталей, сапфировая плунжерная пара и насос-дозатор на ее основе
KR101638888B1 (ko) * 2013-02-19 2016-07-12 가부시키가이샤 사무코 반도체 웨이퍼의 가공 방법
US11232948B2 (en) 2016-04-01 2022-01-25 Intel Corporation Layered substrate for microelectronic devices
US11130191B2 (en) * 2016-07-22 2021-09-28 Hamilton Sundstrand Corporation Method of manufacturing metal articles
CN108666233B (zh) * 2017-03-31 2021-02-05 上海新昇半导体科技有限公司 一种可用作挡片或控片的晶片制备方法及晶片
JP6839314B2 (ja) * 2019-03-19 2021-03-03 日本碍子株式会社 ウエハ載置装置及びその製法
CN111269030B (zh) * 2020-01-21 2022-03-22 徐州凹凸光电科技有限公司 一种一体式金属/陶瓷复合材料的制备方法及其应用

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0573252A (ja) 1991-09-13 1993-03-26 Matsushita Electric Ind Co Ltd 動画表示ワークステーシヨン
JPH11130568A (ja) * 1997-10-24 1999-05-18 Denki Kagaku Kogyo Kk 複合体とそれを用いたヒートシンク
JP2001105124A (ja) * 1999-10-04 2001-04-17 Kubota Corp 半導体素子用放熱基板
JP2005117006A (ja) 2003-10-08 2005-04-28 Shogen Koden Kofun Yugenkoshi 窒化物の発光装置
JP2006128710A (ja) 2004-10-28 2006-05-18 Lumileds Lighting Us Llc パッケージ統合された薄膜ｌｅｄ
JP2007005709A (ja) * 2005-06-27 2007-01-11 Asahi Glass Co Ltd Ｌｅｄ照明装置用の低熱抵抗配線基板およびｌｅｄ照明装置
JP2007142479A (ja) * 2003-03-14 2007-06-07 Sumitomo Electric Ind Ltd 半導体装置

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63188938A (ja) 1987-01-31 1988-08-04 Toyoda Gosei Co Ltd 窒化ガリウム系化合物半導体の気相成長方法
JPH06155253A (ja) 1992-11-27 1994-06-03 Sumitomo Metal Ind Ltd ウエハの製造方法
JP3305399B2 (ja) 1993-04-08 2002-07-22 三菱電機株式会社 半導体装置の製造方法
JP3468358B2 (ja) * 1998-11-12 2003-11-17 電気化学工業株式会社 炭化珪素質複合体及びその製造方法とそれを用いた放熱部品
EP2105977B1 (en) 2002-01-28 2014-06-25 Nichia Corporation Nitride semiconductor element with supporting substrate and method for producing nitride semiconductor element
KR101007164B1 (ko) 2003-03-14 2011-01-12 스미토모 덴키 고교 가부시키가이샤 반도체 장치
JP4110524B2 (ja) 2003-03-20 2008-07-02 信越半導体株式会社 発光素子及び発光素子の製造方法
JP4895587B2 (ja) 2005-11-29 2012-03-14 ローム株式会社 窒化物半導体発光素子
JP2007250979A (ja) * 2006-03-17 2007-09-27 Zeniya Sangyo Kk 半導体パッケージ
US20070295951A1 (en) 2006-06-26 2007-12-27 Jen-Inn Chyi Light-emitting diode incorporating an array of light extracting spots
JP5400290B2 (ja) * 2007-11-13 2014-01-29 電気化学工業株式会社 発光装置
US7846751B2 (en) * 2007-11-19 2010-12-07 Wang Nang Wang LED chip thermal management and fabrication methods
US8883564B2 (en) 2009-02-12 2014-11-11 Denki Kagaku Kogyo Kabushiki Kaisha Substrate comprising aluminum/graphite composite, heat dissipation part comprising same, and LED luminescent member
JP5713684B2 (ja) 2009-02-13 2015-05-07 電気化学工業株式会社 Ｌｅｄ発光素子用複合材料基板、その製造方法及びｌｅｄ発光素子
WO2011049479A1 (en) * 2009-10-21 2011-04-28 Andrey Mikhailovich Abyzov Composite material having high thermal conductivity and process of fabricating same

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0573252A (ja) 1991-09-13 1993-03-26 Matsushita Electric Ind Co Ltd 動画表示ワークステーシヨン
JPH11130568A (ja) * 1997-10-24 1999-05-18 Denki Kagaku Kogyo Kk 複合体とそれを用いたヒートシンク
JP2001105124A (ja) * 1999-10-04 2001-04-17 Kubota Corp 半導体素子用放熱基板
JP2007142479A (ja) * 2003-03-14 2007-06-07 Sumitomo Electric Ind Ltd 半導体装置
JP2005117006A (ja) 2003-10-08 2005-04-28 Shogen Koden Kofun Yugenkoshi 窒化物の発光装置
JP2006128710A (ja) 2004-10-28 2006-05-18 Lumileds Lighting Us Llc パッケージ統合された薄膜ｌｅｄ
JP2007005709A (ja) * 2005-06-27 2007-01-11 Asahi Glass Co Ltd Ｌｅｄ照明装置用の低熱抵抗配線基板およびｌｅｄ照明装置

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