WO2010092972A1 - 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 - Google Patents

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 Download PDF

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led light
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emitting element
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廣津留　秀樹
秀雄 塚本
庸介 石原
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電気化学工業株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a composite material substrate for a light emitting diode (hereinafter referred to as LED) element, a method for producing the same, and an LED light emitting element using the composite material substrate.
  • LED light emitting diode
  • An LED is an element that emits light when a forward current is passed through a pn junction of a semiconductor, and is manufactured using a III-V group semiconductor crystal such as GaAs or GaN.
  • a III-V group semiconductor crystal such as GaAs or GaN.
  • the LED includes a p-type layer and an n-type layer obtained by epitaxially growing a group III-V semiconductor crystal on a single crystal growth substrate, and a photoactive layer sandwiched between the p-type layer and the n-type layer.
  • a group III-V semiconductor crystal such as GaN is epitaxially grown on a growth substrate such as single crystal sapphire, and then an electrode or the like is formed to form an LED light emitting element (Patent Document 1).
  • a single crystal growth substrate such as a single crystal sapphire substrate has a problem that the thermal conductivity is not good.
  • the thermal conductivity is about 40 W / mK, and the heat generated in a III-V group semiconductor element such as GaN cannot be sufficiently dissipated.
  • a method has been proposed in which a group III-V semiconductor crystal is epitaxially grown on a single crystal growth substrate, then a high thermal conductivity substrate is joined through a metal layer, and then the single crystal growth substrate is removed.
  • Patent Document 3 materials such as copper having excellent thermal conductivity have been studied as substrates having high thermal conductivity, but they have a large difference in linear thermal expansion coefficient from group III-V semiconductor crystals and are sufficiently satisfactory for high-power LEDs. It wasn't.
  • JP 2005-117006 A Japanese Patent Publication No. 5-73252 JP 2006-128710 A
  • the present invention provides a substrate for an LED light-emitting element having a small difference in linear thermal expansion coefficient from the group III-V semiconductor crystal constituting the LED, excellent in thermal conductivity, and suitable for high-power LEDs, and a method for manufacturing the same.
  • the purpose is to provide.
  • Another object of the present invention is to provide a method for producing an LED light emitting device using such a substrate for LED light emitting device and an LED light emitting device produced by such a method.
  • a porous body having at least one selected from silicon carbide, aluminum nitride, silicon nitride, diamond, graphite, yttrium oxide, and magnesium oxide and having a porosity of 10 to 50% by volume is made of aluminum.
  • a composite material substrate for an LED light-emitting element formed by forming a metal layer containing the above metal so as to have a thickness of 0.5 to 15 ⁇ m.
  • the porous body has a three-point bending strength of 50 MPa or more, and the aluminum alloy is impregnated in the porous body at an impregnation pressure of 30 MPa or more by a melt forging method.
  • the thickness of the composite material body is 0.05 to 0.5 mm, and the surface roughness (Ra) is 0.01 to 0.5 ⁇ m.
  • the thickness of the composite material body is 0.05 to 0.5 mm, the surface roughness (Ra) is 0.01 to 2 ⁇ m, and one surface after forming the metal layer has a surface roughness. (Ra) Processed to 0.01 to 0.5 ⁇ m.
  • the composite material substrate has a thermal conductivity of 100 to 500 W / mK at a temperature of 25 ° C., a linear thermal expansion coefficient of 4 to 9 ⁇ 10 ⁇ 6 / K at a temperature of 25 ° C. to 150 ° C., The three-point bending strength is 50 MPa or more, and the volume resistivity is 10 ⁇ 9 to 10 ⁇ 5 ⁇ ⁇ m.
  • the composite material substrate has a thickness of 0.05 mm to 0.5 mm, a surface roughness (Ra) of at least one main surface of 0.01 to 0.5 ⁇ m, and a temperature of 25 ° C.
  • the weight reduction amount of at least one main surface when immersed in a 5N HCl solution and a 10N NaOH solution at a temperature of 75 ° C. for 1 minute is 0.2 mg / cm 2 or less.
  • a method for manufacturing a composite material substrate for an LED light emitting device (A) preparing a porous body comprising at least one selected from silicon carbide, aluminum nitride, silicon nitride, diamond, graphite, yttrium oxide and magnesium oxide and having a porosity of 10 to 50% by volume; (B) impregnating the porous body with aluminum or pure aluminum, and processing to a predetermined plate thickness and surface roughness to form a composite material body; (C) The metal layer containing one or more metals selected from Ni, Co, Pd, Cu, Ag, Au, Pt and Sn on the surface of the composite material body has a thickness of 0.5 to 15 ⁇ m.
  • the manufacturing method which comprises the process of forming is provided.
  • the porous body in the step (a), has a three-point bending strength of 50 MPa or more, and in the step (b), the aluminum alloy or pure aluminum is impregnated by a melt forging method. The porous body is impregnated at 30 MPa or more.
  • the thickness of the composite material body in the step (b), is 0.05 to 0.5 mm, and the surface roughness (Ra) is 0.01 to 0.5 ⁇ m.
  • the thickness of the composite material body is 0.05 to 0.5 mm
  • the surface roughness (Ra) is 0.01 to 2 ⁇ m
  • the metal layer One side of the composite material formed is processed to a surface roughness (Ra) of 0.01 to 0.5 ⁇ m.
  • a method for manufacturing an LED light emitting device (1) A III-V group semiconductor crystal is epitaxially grown on one main surface of a disk-like or plate-like single crystal growth substrate, (2) The above-mentioned composite material substrate for LED light emitting device according to the present invention is bonded to the surface of the group III-V semiconductor crystal via a metal layer, and the single crystal growth substrate is subjected to any of laser irradiation, etching, and grinding. Removed by some method, (3) Provided is a manufacturing method comprising a step of cutting the surface of the group III-V semiconductor crystal on the side from which the single crystal growth substrate has been removed, forming an electrode, and then performing a cutting process.
  • the single crystal growth substrate is made of a material selected from the group consisting of single crystal sapphire, single crystal silicon carbide, single crystal GaAs, and single crystal Si.
  • the single crystal growth substrate is surface coated with a material selected from the group consisting of AlN, SiC, GaN, GaAs.
  • the group III-V semiconductor crystal is any one of GaN, GaAs, and GaP.
  • the present invention also discloses an LED light-emitting element that can be manufactured by any one of the above-described LED light-emitting element manufacturing methods.
  • a high thermal conductivity composite material substrate for an LED light-emitting element having a small difference in linear thermal expansion coefficient from the group III-V semiconductor crystal constituting the LED can be obtained.
  • a high-output LED light-emitting element excellent in heat dissipation and reliability can be provided.
  • the composite material substrate for an LED light emitting device having the above-described structure is excellent in chemical resistance against an acid and an alkaline solution used at the time of manufacturing the LED light emitting device, is electrically conductive, and is a group III-V semiconductor crystal constituting the LED. Electrodes can be formed on both sides. Therefore, it is possible to reduce the manufacturing process of the LED light emitting element and increase the light emission amount per unit area.
  • the present invention relates to an LED light emitting element and a composite material substrate used for the LED light emitting element.
  • the manufacture of the LED light-emitting element will be described, and the manufacture of the composite material substrate will also be described therein.
  • the LED light emitting device is manufactured using a single crystal growth substrate, a III-V semiconductor crystal, and a composite material substrate.
  • the single crystal growth substrate is required to be made of a material having a small difference in lattice constant from the group III-V semiconductor crystal to be epitaxially grown and having few defects. From the standpoints of crystallinity and uniformity, it is common to process and use a single crystal material. These single crystal growth substrates are required to withstand the temperature and atmosphere in the process of epitaxially growing a group III-V semiconductor crystal. Therefore, the material for the single crystal growth substrate used in the present invention is preferably selected from the group of single crystal sapphire, single crystal silicon carbide, single crystal GaAs, and single crystal Si. Furthermore, the single crystal growth substrate used in the present invention is preferably surface-coated with a material selected from the group consisting of AlN, SiC, GaN, and GaAs.
  • the group III-V semiconductor crystal constituting the LED is preferably GaN, GaAs, or GaP from the viewpoint of conversion efficiency as an LED light emitting element. These group III-V semiconductor crystals have high luminous efficiency, and are selectively used depending on the application. The III-V semiconductor crystal is selected according to the optimum emission wavelength for each application.
  • a III-V group semiconductor crystal is grown on one main surface of these single crystal growth substrates by epitaxial growth.
  • the epitaxial growth of the III-V semiconductor crystal is preferably carried out by metal organic vapor phase epitaxy (MOCVD method) or halide vapor phase epitaxy (HVPE method).
  • MOCVD method is suitable for growing a group III-V semiconductor crystal having good crystallinity
  • HVPE method has a high crystal growth rate and can grow a group III-V semiconductor crystal efficiently.
  • These methods are publicly known, and implementation conditions can be set as appropriate.
  • the epitaxial growth method is not limited to the above method as long as it can grow a group III-V semiconductor crystal.
  • the epitaxially grown III-V group semiconductor crystal can be subjected to a surface treatment in order to further improve the light emission characteristics.
  • the surface may be etched or polished.
  • the composite material substrate according to the present invention is bonded to the surface of the epitaxially grown group III-V semiconductor crystal.
  • the surface of the group III-V semiconductor crystal is deposited by a method such as vapor deposition or sputtering.
  • a metal layer is formed.
  • the metal layer is preferably formed using indium, aluminum, gold, silver, or an alloy thereof.
  • the thickness of the metal layer is not preferable because the linear thermal expansion coefficient of the metal is different from that of the group III-V semiconductor crystal, and if it is extremely thick, the adhesion is lowered.
  • the thickness of the metal layer is preferably 0.5 to 10 ⁇ m, and more preferably 0.5 to 2 ⁇ m.
  • a metal layer is similarly formed on the surface of the composite material substrate on the side to be joined to the group III-V semiconductor crystal by vapor deposition or sputtering.
  • the metal layer is preferably formed using indium, aluminum, gold, silver, and alloys thereof in the same manner as the metal layer on the surface of the III-V semiconductor crystal.
  • the characteristics required for the composite material substrate are (1) having a strength capable of withstanding bonding, and (2) that there is no inclusion such as a void or a foreign substance on the bonding surface, and the bonding surface is flat.
  • the three-point bending strength of the composite material substrate needs to be 50 MPa or more, preferably 200 MPa or more.
  • the surface roughness (Ra) of the composite material substrate needs to be 0.01 to 0.5 ⁇ m, and preferably 0.01 to 0.2 ⁇ m.
  • the joining of the III-V semiconductor crystal and the composite material substrate is performed by heating in a state where the joining surfaces are aligned while applying pressure as necessary.
  • the heating temperature varies depending on the type of the metal layer, but is generally 250 ° C. to 550 ° C.
  • the pressure for pressurization is generally 2 to 20 MPa.
  • the linear thermal expansion coefficient of the composite material substrate at a temperature of 25 ° C. to 150 ° C. is preferably 4 to 9 ⁇ 10 ⁇ 6 / K. More preferably, it is 4 to 7 ⁇ 10 ⁇ 6 / K.
  • the linear thermal expansion coefficient with the III-V group semiconductor crystal or growth substrate to be joined Due to the difference, warpage may occur after bonding, the peeling of the bonding layer may occur when used as an LED light-emitting element, and the III-V group semiconductor crystal may be broken.
  • the composite material substrate of the present invention serves as a base substrate for LED light-emitting elements.
  • Most of the heat generated in the III-V semiconductor device is radiated through the substrate, and the substrate is required to have high heat dissipation characteristics.
  • the thermal conductivity of the composite material substrate at a temperature of 25 ° C. is preferably 100 to 500 W / mK, and more preferably 150 to 500 W / mK. If the thermal conductivity is less than 100 W / mK, the heat generated in the III-V group semiconductor element cannot be sufficiently dissipated, and the temperature of the element increases, particularly in the case of a high-power LED that requires a large current to flow. And the accompanying decrease in device life are undesirable.
  • the upper limit value of the thermal conductivity is not limited in terms of characteristics, but the substrate material becomes extremely expensive.
  • the thickness of the composite material substrate is thin. On the other hand, it is necessary to have strength that can withstand the holding of the III-V group semiconductor element and the handling when manufacturing the LED light emitting element. Is required.
  • the thickness of the composite material substrate is preferably 0.05 mm to 0.5 mm, and more preferably 0.05 mm to 0.3 mm. When the thickness of the composite material substrate exceeds 0.5 mm, the heat dissipation characteristics of the LED light-emitting element deteriorate, which is not preferable.
  • the composite material substrate of the present invention can be thinned by polishing or the like, if necessary, after bonding with a III-V semiconductor crystal.
  • the group III-V semiconductor crystal and the composite material substrate are joined via the metal layer, and then the single crystal growth substrate is removed.
  • the single crystal growth substrate is generally removed by laser irradiation from the single crystal growth substrate side.
  • the single crystal growth substrate can be removed by polishing or etching.
  • the III-V group semiconductor crystal surface from which the single crystal growth substrate has been removed is polished and etched as necessary to finish it into the desired surface shape, and then an electrode is formed by a method such as vapor deposition or sputtering. To do. Further, it is cut into a predetermined shape by laser cutting or dicing to manufacture an LED light emitting element.
  • the composite material substrate of the present invention requires chemical resistance characteristics in the LED light emitting device manufacturing process.
  • the composite material substrate has a 5N HCl solution at a temperature of 25 ° C. and a 10N NaOH solution at a temperature of 75 ° C., respectively.
  • the weight loss per unit area of at least one principal surface when immersed for 1 minute is preferably 0.2 mg / cm 2 or less, and more preferably 0.1 mg / cm 2 or less. If the weight loss per unit area when immersed in a 5N HCl solution at a temperature of 25 ° C. and a 10N NaOH solution at a temperature of 75 ° C.
  • the metal in the composite material This is not preferable because characteristics such as thermal conductivity are reduced due to elution of components, and chipping occurs when cutting into a predetermined shape by laser cutting or dicing, resulting in a decrease in yield of LED light emitting elements.
  • one main surface of the composite material substrate is bonded to the group III-V semiconductor crystal via the metal layer, so that the non-bonded surface satisfies the above-mentioned chemical resistance characteristics. Anything is acceptable.
  • the substrate itself has conductivity. For this reason, electrodes can be formed on both surfaces of the III-V semiconductor crystal constituting the LED.
  • an insulating material such as a sapphire substrate as the substrate, it is necessary to remove a part of the upper p-type or n-type III-V group semiconductor crystal by etching or the like and form an electrode on the same surface side.
  • the manufacturing process of the LED light-emitting element can be simplified.
  • the volume resistivity of the composite material of the present invention is preferably 10 ⁇ 9 to 10 ⁇ 5 ⁇ ⁇ m. When the volume resistivity exceeds 10 ⁇ 5 ⁇ ⁇ m, the luminous efficiency is lowered, which is not preferable.
  • the lower limit of the volume resistivity is not limited in terms of characteristics, but is generally 10 ⁇ 9 ⁇ ⁇ m or more from the material composition.
  • a method for manufacturing a composite material substrate having the above-described characteristics will be described below.
  • substrate is divided roughly into two types, the impregnation method and the powder metallurgy method. Of these, what is actually commercialized in terms of characteristics such as thermal conductivity is the impregnation method.
  • There are various impregnation methods and there are a method performed at normal pressure and a method performed under high pressure (high pressure forging method). High pressure forging methods include a molten metal forging method and a die casting method.
  • a method suitable for the present invention is a high-pressure forging method in which impregnation is performed under high pressure, and a molten forging method is preferable to obtain a dense composite having excellent characteristics such as thermal conductivity.
  • the molten metal forging method is a method in which a ceramic material or a compact is loaded into a high-pressure vessel, and a molten material such as an aluminum alloy is impregnated at high temperature and high pressure to obtain a composite material.
  • the composite material is manufactured by a molten metal forging method. It is necessary to use a material having a high thermal conductivity and a low linear thermal expansion coefficient as the raw material ceramics. For this reason, in this invention, 1 or more types chosen from silicon carbide, aluminum nitride, silicon nitride, diamond, graphite, yttrium oxide, and magnesium oxide are used.
  • the composite material of the present invention can adjust the thermal conductivity and the linear thermal expansion coefficient to the above-described ranges by impregnating these ceramics with an aluminum alloy or pure aluminum to form a composite.
  • the composite material is a composite material containing 50 to 90% by volume of these ceramics, with the balance being made of an aluminum alloy or pure aluminum.
  • the ceramic content is preferably 70 to 85% by volume.
  • the ceramic content is less than 50% by volume, the linear thermal expansion coefficient of the obtained composite material is increased, which is not preferable as a substrate material for an LED light-emitting element.
  • the ceramic content exceeds 90% by volume, the aluminum alloy or pure aluminum cannot be sufficiently impregnated at the time of compounding, and as a result, the thermal conductivity is lowered, which is not preferable.
  • Ceramics can be compounded in the form of powder, but a porous body having a porosity of 10 to 50% by volume (hereinafter referred to as a preform) by forming a molded body using an inorganic binder or performing a sintering treatment. ) Is preferably combined.
  • the porosity of the preform is adjusted by adjusting the particle size of the raw material powder, molding pressure, sintering conditions, and the like.
  • the preform can be molded by a general ceramic powder molding method such as press molding or cast molding. Further, the preform is processed into a flat plate shape or a cylindrical shape as needed.
  • a preform having a three-point bending strength of 50 MPa or more is preferably used in order to process the final shape into a plate shape having a plate thickness of 0.05 mm to 0.5 mm. If the strength of the preform is low, warping may occur when processing the plate into a plate having a thickness of 0.05 mm to 0.5 mm by grinding or the like.
  • the preform is fixed with a jig coated with a release agent, and a plurality of layers are laminated and connected with bolts and nuts to form a laminate.
  • a jig for fixing the preform an iron or graphite jig can be used.
  • tool can also be laminated
  • the release plate a stainless plate or a ceramic plate can be used, and there is no particular limitation as long as it is a dense body that is not impregnated with an aluminum alloy by a molten metal forging method.
  • mold release agents such as graphite, boron nitride, an alumina, can be used. Furthermore, it is preferable to apply a release agent after coating the surface of a jig or a release plate with alumina sol or the like.
  • the obtained laminated body is heated at a temperature of about 600 to 800 ° C., and then placed in a high-pressure vessel, one or two or more aluminum alloys heated to the melting point or more as quickly as possible to prevent the temperature of the laminated body from decreasing.
  • a composite material is obtained by supplying a molten metal and pressurizing the molten metal at a pressure of 30 MPa or more and impregnating the aluminum alloy in the voids of the preform. For the purpose of removing distortion during impregnation, the impregnated product may be annealed.
  • the heating temperature of the laminate is less than 600 ° C.
  • the aluminum alloy is not sufficiently combined, and the properties such as the thermal conductivity of the resulting composite material are deteriorated.
  • the heating temperature exceeds 800 ° C.
  • the surface of the ceramic powder is oxidized at the time of compounding with the aluminum alloy, and the characteristics such as the thermal conductivity of the resulting composite material are deteriorated.
  • the pressure at the time of impregnation if it is less than 30 MPa, the composite of the aluminum alloy becomes insufficient, and the properties such as the thermal conductivity of the resulting composite material are lowered, which is not preferable.
  • the impregnation pressure is 50 MPa or more.
  • any aluminum alloy used in the art can be used, but in one embodiment, 70% by mass of aluminum is used.
  • the aluminum alloy contained above is preferably used. If the aluminum content is less than 70% by mass, the thermal conductivity of the aluminum alloy is lowered, which is not preferable.
  • the aluminum alloy preferably has a melting point as low as possible in order to sufficiently penetrate into the voids of the preform when impregnated.
  • An example of such an aluminum alloy is an aluminum alloy containing 5 to 25% by mass of silicon.
  • 0.3 to 2.0% by mass of magnesium is contained, the bond between the ceramic and the metal part becomes stronger, which is preferable.
  • the metal components other than aluminum, silicon, and magnesium in the aluminum alloy are not particularly limited as long as the characteristics do not change extremely. For example, copper or the like may be included.
  • the obtained composite material has a columnar shape, it is contoured to a predetermined size using a diamond grindstone with a cylindrical grinder or the like, and then 0.1 to 0.1 to the final shape with a multi-wire saw, an inner peripheral blade cutter, etc. Cut to a thickness of about 0.5 mm.
  • the cutting method is not particularly limited, but it is preferable to cut with a multi-wire saw having a small cutting margin and suitable for mass production. Cutting with a multi-wire saw can employ processing using a loose abrasive type and a wire to which an abrasive such as diamond is attached.
  • the plate-like composite material after the cutting process is a processing machine such as a double-sided grinding machine, a rotary grinding machine, a surface grinding machine, or a lapping machine, and has a plate thickness of 0.05 to 0.5 mm and a surface roughness (Ra). Surface processing is performed so that the thickness becomes 0.01 to 0.5 ⁇ m. In the surface processing, in order to further reduce the surface roughness, the surface processing may be performed by a lapping machine after the surface processing is performed by a double-sided grinder, a rotary grinder, a surface grinder, or the like.
  • the surface of the composite material substrate is surfaced to a predetermined surface roughness only on one side (bonded surface). Processing may be performed.
  • the thickness is 0.05 to 0.5 mm and the surface roughness (Ra) is determined by a processing machine such as a double-side grinding machine, a rotary grinding machine, a surface grinding machine, or a lapping machine.
  • a processing machine such as a double-side grinding machine, a rotary grinding machine, a surface grinding machine, or a lapping machine.
  • the outer periphery is first processed into a predetermined shape with a water jet machine, electric discharge machine, laser machine, dicing machine, cylindrical grinder, etc., and then double-sided grinder and rotary grinding machine Surface processing is performed with a processing machine such as a board, surface grinder, or lapping machine so that the plate thickness is 0.05 to 0.5 mm and the surface roughness (Ra) is 0.01 to 0.5 ⁇ m. You can also.
  • Ni, Co, Pd, Cu A metal layer containing one or more metals selected from Ag, Au, Pt, and Sn is formed.
  • the metal layer thickness is 0.5 ⁇ m or less, pinholes in the metal layer are generated, and the chemical resistance is lowered, which is not preferable.
  • the metal layer thickness exceeds 15 ⁇ m, peeling due to a difference in thermal expansion between the metal layer and the composite material, and the linear thermal expansion coefficient of the composite material provided with the obtained metal layer are unfavorable.
  • the metal layer thickness is more preferably 2 to 10 ⁇ m.
  • the material of the metal layer a metal containing one or more selected from Ni, Co, Pd, Cu, Ag, Au, Pt, and Sn can be adopted, and these composite metals can also be used.
  • the metal layer may contain nonmetallic elements such as P and B.
  • electroless plating or electrolytic plating is generally used. It is also possible to cover the surface of the plate-shaped composite material body with the above-described metal by a technique such as vapor deposition other than plating.
  • two plate-like composite materials are bonded together with wax, adhesive, etc., the surface is washed, and then the surface is Ni, Co, Pd, Cu having a thickness of 0.5 to 15 ⁇ m by electroless plating or electrolytic plating.
  • One or more metal layers selected from Ag, Au, Pt, Sn are formed, and then the wax, adhesive, etc. are removed, and a metal is formed on one main surface and side surface of the plate-shaped composite material body. Layers can also be formed.
  • the surface is washed, and then the surface is Ni or Co having a thickness of 0.5 to 15 ⁇ m by electroless plating or electrolytic plating.
  • Pd, Cu, Ag, Au, Pt, Sn one or more metal layers are formed, and then the coating layer is removed to form metal on one main surface and side surfaces of the plate-shaped composite material Layers can also be formed.
  • the composite material is processed into a plate shape by outer periphery processing and cutting, etc., to form a composite material body having a plate thickness of 0.05 to 0.5 mm and a surface roughness (Ra) of 0.01 to 0.2 ⁇ m,
  • a composite material body having a plate thickness of 0.05 to 0.5 mm and a surface roughness (Ra) of 0.01 to 0.2 ⁇ m
  • one or more metal layers selected from Ni, Co, Pd, Cu, Ag, Au, Pt, and Sn having a thickness of 0.5 to 15 ⁇ m are formed on the surface by electroless plating or electrolytic plating. Form.
  • surface processing can be performed by using a lapping machine or the like so that the surface roughness (Ra) is 0.01 to 0.5 ⁇ m.
  • SiC powder A Silicon carbide powder (hereinafter also referred to as SiC) powder A (manufactured by Taiyo Random Co., Ltd., NG-60, average particle size 200 ⁇ m) 1800 g, silicon carbide powder B (manufactured by Taiyo Random Co., Ltd., NG-600, average particle size 20 ⁇ m) 900 g , 300 g of silicon carbide powder C (manufactured by Taiyo Random Co., Ltd., NC-6000, average particle size 2 ⁇ m) and 150 g of a molding binder (methyl cellulose, manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd., “Metroze”) are weighed and mixed with a stirring mixer. After mixing for a minute, press-molded into a cylindrical shape having a size of ⁇ 55 mm ⁇ 110 mm at a surface pressure of 10 MPa, and then CIP-molded at a molding pressure of 100 MPa to produce a molded body
  • the obtained molded body was degreased in an air atmosphere at a temperature of 600 ° C. for 2 hours and then baked in an argon atmosphere at a temperature of 2100 ° C. for 2 hours to produce a SiC preform having a porosity of 20%.
  • the obtained SiC preform was processed into a shape having an outer dimension of ⁇ 52 mm ⁇ 100 mm using a diamond grindstone at a machining center. Further, a three-point bending strength measurement specimen (3 mm ⁇ 4 mm ⁇ 40 mm) was prepared by grinding, and the three-point bending strength was measured. The three-point bending strength was 120 MPa.
  • a boron nitride mold release agent was applied to the obtained SiC preform and inserted into a cylindrical graphite jig having an outer dimension of 70 mm ⁇ 70 mm ⁇ 100 mm (inner diameter: ⁇ 52.5 mm ⁇ 100 mm) to obtain a structure.
  • a release plate is prepared by applying a graphite release material to a 70 mm ⁇ 100 mm ⁇ 0.8 mmt stainless plate, and the four structures are released so as to have a shape of 140.8 mm ⁇ 140.8 mm ⁇ 100 mm.
  • 12 mm thick iron plates were placed on both sides and connected with 8 M10 bolts to form one laminate.
  • the laminate is preheated to a temperature of 700 ° C. in an electric furnace and then placed in a pre-heated press mold having an inner diameter of ⁇ 400 mm ⁇ 300 mmH, and contains 12% by mass of silicon and 1% by mass of magnesium.
  • the molten metal (temperature: 800 ° C.) was poured and pressurized at 100 MPa for 25 minutes to impregnate the SiC preform with the aluminum alloy. After cooling to room temperature, it cut
  • the obtained composite material was annealed at a temperature of 530 ° C. for 3 hours in order to remove strain at the time of impregnation.
  • thermo expansion coefficient measurement specimen (diameter 3 mm, length 10 mm), a thermal conductivity measurement specimen (25 mm ⁇ 25 mm ⁇ 1 mm), and a three-point bending strength measurement test by grinding.
  • a body (3 mm ⁇ 4 mm ⁇ 40 mm) and a test body for measuring volume resistivity (50 mm ⁇ 50 mm ⁇ 5 mm) were prepared.
  • the thermal expansion coefficient at a temperature of 25 ° C. to 150 ° C. was measured with a thermal dilatometer (Seiko Denshi Kogyo Co .; TMA300), and the thermal conductivity at a temperature of 25 ° C.
  • the thermal expansion coefficient at a temperature of 25 ° C. to 150 ° C. is 4.9 ⁇ 10 ⁇ 6 / K
  • the thermal conductivity at a temperature of 25 ° C. is 250 W / mK
  • the three-point bending strength is 350 MPa
  • the volume resistivity is 8 ⁇ . 10 ⁇ 7 ⁇ ⁇ m.
  • the outer periphery of the composite material was processed into a cylindrical shape of ⁇ 50.8 mm ⁇ 100 mm using a diamond grindstone with a cylindrical grinder.
  • the obtained cylindrical composite material was cut into a disk shape having a plate thickness of 0.2 mm at a cutting cutting speed of 0.2 mm / min using diamond abrasive grains with a multi-wire saw.
  • a disc-shaped composite material is ground to a thickness of 0.12 mm using a # 600 diamond grindstone on a double-sided grinder, and then polished to a thickness of 0.1 mm using diamond grains on a lapping machine.
  • ultrasonic cleaning was performed in pure water and then in isopropyl alcohol, followed by drying to prepare a composite material body.
  • Ra surface roughness
  • a plating layer (metal layer) having a thickness of 5 ⁇ m (Ni—P: 4 ⁇ m + Ni—B: 1 ⁇ m) is formed on the surface of the composite material.
  • a composite material substrate was formed.
  • the characteristic value of the obtained composite material substrate was calculated by calculating from the physical property value of the plating layer metal and the physical property value of the composite material body before plating in accordance with the composite law at the volume ratio. The results are shown in Table 1. Further, the composite substrate after plating was immersed in a 5N HCl solution at a temperature of 25 ° C. and a 10N NaOH solution at a temperature of 75 ° C. for 1 minute, and the weight loss per unit area by each treatment was measured. Furthermore, the surface roughness (Ra) of the composite material substrate after plating was measured with a surface roughness meter. The results are shown in Table 2.
  • an alloy layer 6 of silver / tin alloy was deposited on the surface of the p-type GaN semiconductor layer 5 to a thickness of 2 ⁇ m by vacuum deposition.
  • a silver / tin alloy layer 7 having a thickness of 2 ⁇ m was vapor-deposited on the surface of one side of the LED light emitting element composite substrate 8 by the same method. As shown in FIG. 1, the two substrates were laminated so that the silver / tin alloy layers 6 and 7 were in contact with each other, and bonded at a temperature of 400 ° C. under a pressure of 5 MPa for 5 minutes.
  • the obtained bonded body was irradiated with a nitrogen gas laser from the sapphire substrate 1 side (output 40 MW / cm 2 ), and the sapphire substrate 1 was peeled off.
  • the n-type GaN buffer layer 2 was decomposed into Ga and nitrogen by laser irradiation, and the sapphire substrate 1 could be peeled off by the generated nitrogen gas.
  • n-type GaN buffer layer 2 exposed on the surface is removed by etching, and then a transparent conductor layer 9 of indium tin oxide is formed as shown in FIG. 2 (shown upside down from FIG. 1). did.
  • Au was vapor-deposited as an n-type electrode, and it was set as each LED light emitting element by dicing.
  • Example 2 to 12, Comparative Example 1 The composite material body (composite material before electroless plating treatment) of ⁇ 50.8 mm ⁇ 0.1 mmt produced in Example 1 was subjected to electroless plating treatment, and a metal layer shown in Table 4 was formed on the surface. .
  • Table 3 shows the characteristic values of the obtained composite material substrate. Further, the composite substrate after plating was immersed in a 5N HCl solution at a temperature of 25 ° C. and a 10N NaOH solution at a temperature of 75 ° C. for 1 minute, and the weight loss per unit area by each treatment was measured. Furthermore, the surface roughness (Ra) of the composite material substrate after plating was measured with a surface roughness meter. The results are shown in Table 4. In Table 4, Comparative Example 1 is a test result for a composite material body in which a metal layer is not formed.
  • Example 13 A 1 ⁇ m Au layer was formed on the surface of the composite material body of ⁇ 50.8 mm ⁇ 0.1 mmt produced in Example 1 by vapor deposition.
  • Table 5 shows the characteristic values of the obtained composite material substrate. Further, the same evaluation as in Example 1 was performed on the obtained composite material substrate. The results are shown in Table 6.
  • Example 14 Two composite material bodies of ⁇ 50.8 mm ⁇ 0.1 mmt produced in Example 1 were bonded together with a wax-based adhesive, and after the surface was washed, electroless Ni—P plating treatment was performed, and the exposed surface was 5 ⁇ m. An Ni—P layer was formed. After the plating treatment, the wax-based adhesive was removed to obtain a composite material substrate provided with a metal layer on one main surface and side surfaces. Table 5 shows the characteristic values of the obtained composite material substrate. Moreover, about the obtained composite material board
  • Example 15 After coating one main surface of the composite material body of ⁇ 50.8 mm ⁇ 0.1 mmt produced in Example 1 with a plating resist, the surface was washed and subjected to electroless Ni—P plating treatment, and 5 ⁇ m Ni—P was applied to the surface. A layer was formed. After the plating treatment, the plating resist was removed with acetone to produce a composite material substrate having a metal layer on one main surface and side surfaces. Table 5 shows the characteristic values of the obtained composite material substrate. Moreover, about the obtained composite material board
  • Example 16 After processing the composite material produced in Example 1 into a shape of ⁇ 50.8 mm ⁇ 0.2 mmt, the surface was washed and subjected to electroless Ni—P plating treatment to form a 3 ⁇ m Ni—P layer on the surface. Thereafter, using a # 800 diamond grindstone with a surface grinder, grinding was carried out to a plate thickness of 0.1 mm to produce a composite material substrate having a metal layer on one main surface and side surfaces. Table 5 shows the characteristic values of the obtained composite material. Moreover, about the obtained composite material board
  • the obtained molded body was dried at a temperature of 120 ° C. for 1 hour and then fired in a nitrogen atmosphere at a temperature of 1400 ° C. for 2 hours to obtain a SiC preform having a porosity of 35%.
  • the obtained SiC preform was processed into a shape having an outer dimension of ⁇ 52 mm ⁇ 50 mm using a diamond grindstone at a machining center.
  • a three-point bending strength measurement specimen (3 mm ⁇ 4 mm ⁇ 40 mm) was prepared by grinding, and the three-point bending strength was measured. As a result, the three-point bending strength was 50 MPa.
  • Boron nitride release agent was applied to the obtained SiC preform and inserted into a cylindrical iron jig having an outer dimension of 70 mm ⁇ 70 mm ⁇ 50 mm (inner diameter: ⁇ 52.5 mm ⁇ 50 mm) to obtain a structure.
  • a release plate is produced by applying a graphite release material to a 70 mm ⁇ 70 mm ⁇ 0.8 mmt stainless plate, and the four structures are released so as to have a shape of 140.8 mm ⁇ 140.8 mm ⁇ 50 mm. They were stacked with a plate in between.
  • a ceramic board having a ceramic fiber content of 10% by volume and a thickness of 10 mm is sandwiched between both sides, an iron plate having a thickness of 12 mm is disposed, and connected with eight M10 bolts to form a single laminate.
  • the laminate was preheated to various temperatures shown in Table 7 in an electric furnace, and then placed in a preheated press mold having an inner diameter of ⁇ 400 mm ⁇ 300 mmH, and 12% by mass of silicon and 1% by mass of magnesium.
  • a molten aluminum alloy containing 100% (temperature: 800 ° C.) was poured and pressurized at each pressure shown in Table 7 for 25 minutes to impregnate the SiC preform with the aluminum alloy.
  • a thermal expansion coefficient measurement specimen (diameter 3 mm, length 10 mm), a thermal conductivity measurement specimen (25 mm ⁇ 25 mm ⁇ 1 mm), a three-point bending strength measurement test by grinding.
  • a body (3 mm ⁇ 4 mm ⁇ 40 mm) and a test body for measuring volume resistivity (50 mm ⁇ 50 mm ⁇ 5 mm) were prepared.
  • the thermal expansion coefficient at a temperature of 25 ° C. to 150 ° C., the thermal conductivity at a temperature of 25 ° C., the three-point bending strength, and the volume resistivity were measured in the same manner as in Example 1.
  • the shape could not be maintained at the time of processing the specimen, and the characteristics could not be evaluated.
  • the obtained composite material was processed into a cylindrical shape of ⁇ 50.8 mm ⁇ 50 mm using a diamond grindstone with a cylindrical grinder.
  • the cylindrical composite material was cut into a disk shape with a plate thickness of 0.25 mm at a cutting cutting speed of 5 mm / min using a diamond blade with an inner peripheral cutting machine.
  • the disc-shaped composite material was ground to a plate thickness of 0.2 mm using a # 800 diamond grindstone with a double-sided grinder to produce a composite material substrate.
  • an Au / tin alloy is vapor-deposited to a thickness of 1.5 ⁇ m to form an alloy layer 6. Formed.
  • an Au / tin alloy layer 7 having a thickness of 1.5 ⁇ m was deposited on the surface of one side of the composite substrate 8 for LED light emitting device of Example 17 in the same manner. Both substrates were laminated so that the Au / tin alloy layers 6 and 7 were in contact with each other, and held at a temperature of 500 ° C. under a pressure of 5 MPa for 5 minutes for bonding. In the obtained bonded body, the single crystal Si layer was removed by etching by acid treatment, and then the SiC layer was completely removed by grinding.
  • the surface of the exposed n-type GaN layer 3 was roughened by etching, and then a transparent conductor layer of indium tin oxide was formed.
  • Au was vapor-deposited as an n-type electrode, and individual LED light-emitting elements were formed by laser processing.
  • Example 21 1800 g of silicon carbide powder A (average particle size: 200 ⁇ m), 900 g of silicon carbide powder B (average particle size: 20 ⁇ m), 300 g of aluminum nitride powder (F grade, average particle size: 2 ⁇ m), and molding binder (methylcellulose) ) 150 g was weighed and mixed for 30 minutes with a stirring mixer, then press-molded into a cylindrical shape having a size of ⁇ 55 mm ⁇ 110 mm at a surface pressure of 10 MPa, and then CIP-molded at a molding pressure of 100 MPa to prepare a compact.
  • the obtained molded body was degreased in an air atmosphere at a temperature of 600 ° C. for 2 hours and then calcined in an argon atmosphere at a temperature of 1950 ° C. for 2 hours to obtain a preform having a porosity of 15%.
  • the obtained preform was processed into a shape with an outer dimension of ⁇ 52 mm ⁇ 100 mm using a diamond grindstone at a machining center.
  • a three-point bending strength measurement specimen (3 mm ⁇ 4 mm ⁇ 40 mm) was prepared by grinding, and the three-point bending strength was measured. As a result, the three-point bending strength was 125 MPa.
  • the obtained preform was processed in the same manner as in Example 1 (see Table 7 for preheating temperature and impregnation pressure) to obtain a composite material for LED light-emitting elements having a shape of ⁇ 52 mm ⁇ 100 mm. From the obtained composite material for LED light-emitting elements, a test body was produced in the same manner as in Example 1, and the characteristics were evaluated.
  • the obtained composite material for LED light-emitting element was subjected to outer periphery processing into a cylindrical shape of ⁇ 50.8 mm ⁇ 100 mm using a diamond grindstone with a cylindrical grinder, and then the plate thickness was 0 as in Example 1. Processed into a 15 mm disk. Next, the disc-shaped composite material for an LED light-emitting element was polished to a thickness of 0.1 mm using a diamond abrasive grain with a lapping machine to produce an LED light-emitting element composite material substrate.
  • Example 22 Weigh out 2880 g of aluminum nitride powder (average particle size 2 ⁇ m), 120 g of yttrium oxide powder (manufactured by Shin-Etsu Rare Earth, UU grade, average particle size 1 ⁇ m), 150 g of molded binder (methylcellulose), and 150 g of pure water, and mix by stirring. After mixing with a machine for 30 minutes, it was press-molded into a cylindrical shape having a size of ⁇ 55 mm ⁇ 110 mm at a surface pressure of 10 MPa, and then CIP-molded at a molding pressure of 100 MPa to produce a compact.
  • the obtained molded body was degreased in an air atmosphere at a temperature of 600 ° C. for 2 hours and then calcined in a nitrogen atmosphere at a temperature of 1780 ° C. for 4 hours to obtain a preform having a porosity of 22%.
  • the obtained preform was processed into a shape having an outer dimension of ⁇ 52 mm ⁇ 100 mm using a diamond grindstone at a machining center.
  • a three-point bending strength measurement specimen (3 mm ⁇ 4 mm ⁇ 40 mm) was prepared by grinding, and the three-point bending strength was measured.
  • the three-point bending strength was 90 MPa.
  • Example 2 the obtained preform was treated in the same manner as in Example 1 except that pure aluminum was used instead of the aluminum alloy (see Table 7 for preheating temperature and impregnation pressure), and ⁇ 52 mm ⁇ 100 mm A composite material for an LED light emitting element having a shape was obtained. From the obtained composite material for LED light-emitting elements, a test body was produced in the same manner as in Example 1, and the characteristics were evaluated.
  • the composite material for LED light emitting element was subjected to outer peripheral processing into a cylindrical shape of ⁇ 50.8 mm ⁇ 100 mm using a diamond grindstone with a cylindrical grinder, and then the plate thickness was adjusted to 0.15 mm in the same manner as in Example 1. processed.
  • the obtained disc-shaped composite material for LED light emitting element was polished to a thickness of 0.1 mm using diamond abrasive grains on a lapping machine to produce a composite material substrate for LED light emitting element.
  • Example 23 2790 g of silicon nitride powder (Denki Kagaku Kogyo, NP-200, average particle size: 1 ⁇ m), 150 g of yttrium oxide powder (average particle size: 1 ⁇ m), magnesium oxide powder (MJ-30, manufactured by Iwatani Chemical Co., Ltd.) : 1 ⁇ m) Weighing 60g, mixing with a stirrer / mixer for 30 minutes, press-molding it into a disk with a size of ⁇ 55mm ⁇ 10mm at a surface pressure of 10MPa, then CIP molding at a molding pressure of 100MPa to produce a compact did.
  • the obtained molded body was fired at a temperature of 1880 ° C. for 4 hours under a nitrogen pressurized atmosphere of 0.9 MPa to obtain a preform having a porosity of 13%.
  • the obtained preform was processed into a shape with an outer dimension of ⁇ 52 mm ⁇ 5 mm using a diamond grindstone at a machining center.
  • a three-point bending strength measurement specimen (3 mm ⁇ 4 mm ⁇ 40 mm) was prepared by grinding, and the three-point bending strength was measured. As a result, the three-point bending strength was 150 MPa.
  • Example 2 the obtained preform was processed in the same manner as in Example 1 (see Table 7 for preheating temperature and impregnation pressure) to obtain a composite material for LED light emitting element having a ⁇ 52 mm ⁇ 10 mm shape. From the obtained composite material for LED light-emitting elements, a test body was produced in the same manner as in Example 1, and the characteristics were evaluated.
  • the obtained composite material for LED light-emitting element was subjected to outer periphery processing into a disk shape of ⁇ 50.8 mm ⁇ 5 mm with a water jet processing machine. Next, after grinding into a disk shape with a plate thickness of 0.22 mm using a # 230 diamond grindstone on a surface grinder, grinding is performed to a plate thickness of 0.2 mm using a # 800 diamond grindstone to produce LED light emission. A composite material substrate for an element was produced.
  • Example 24 7 g of diamond powder A (Diamond Innovations, MBG-600, average particle size: 120 ⁇ m) and 3 g of diamond powder B (Diamond Innovations, MBG-600, average particle size: 15 ⁇ m) for 10 minutes in an alumina mortar After mixing, after inserting a graphite jig (2) having an outer dimension ⁇ 52.4 mm ⁇ 9 mm into a cylindrical graphite jig (1) having an outer dimension 70 mm ⁇ 70 mm ⁇ 20 mm (inner diameter ⁇ 52.5 mm ⁇ 20 mm) Then, 10 g of the diamond mixed powder was filled, and a graphite jig (2) was further inserted on the upper surface of the diamond mixed powder to obtain a structure.
  • a graphite jig (2) having an outer dimension ⁇ 52.4 mm ⁇ 9 mm into a cylindrical graphite jig (1) having an outer dimension 70 mm ⁇ 70 mm ⁇ 20 mm (inner diameter ⁇ 52.5 mm ⁇
  • a release plate is prepared by applying a graphite release material to a 70 mm ⁇ 70 mm ⁇ 0.8 mmt stainless steel plate, and this structure is laminated with the release plate interposed therebetween, and an iron plate having a thickness of 12 mm is disposed above and below. And it connected with eight bolts of M10, and it was set as one laminated body.
  • this laminate was processed in the same manner as in Example 1 (see Table 7 for preheating temperature and impregnation pressure), and the LED light emission was in the shape of 70 mm ⁇ 70 mm ⁇ 20 mm and surrounded by a graphite jig.
  • a composite material for the device was obtained.
  • the obtained composite material for LED light-emitting element has a structure surrounded by a graphite jig, and is a surface grinder from both main surface sides (70 mm ⁇ 70 mm) until the composite material made of aluminum-diamond is exposed. Then, grinding was performed using a diamond grindstone to form a plate shape of 70 mm ⁇ 70 mm ⁇ 2 mmt.
  • the outer periphery was processed into a disk shape of ⁇ 50.8 mm ⁇ 2 mm with a water jet processing machine.
  • thermo expansion coefficient measurement specimen (2 mm ⁇ 3 mm ⁇ 10 mm)
  • thermal conductivity measurement specimen 25 mm ⁇ 25 mm ⁇ 1 mm
  • three-point bending are performed by grinding.
  • a strength measurement specimen (2 mm ⁇ 4 mm ⁇ 40 mm)
  • a volume resistivity test specimen 35 mm ⁇ 35 mm ⁇ 2 mm
  • the obtained composite material for LED light emitting element was ground into a disk shape having a plate thickness of 0.16 mm using a # 230 diamond grindstone with a surface grinder, and then a plate thickness of 0.15 mm using a # 400 diamond grindstone.
  • the composite substrate for LED light-emitting elements was produced by grinding up to.
  • a release plate is prepared by applying a graphite release material to a 100 mm ⁇ 100 mm ⁇ 0.8 mmt stainless plate, and isotropic graphite molded body having a shape of 100 mm ⁇ 100 mm ⁇ 100 mm (G458 manufactured by Tokai Carbon Co., Ltd./porosity: 13 volumes) %) was placed on both sides of a release plate, and 12 mm thick iron plates were arranged and connected with eight M10 bolts to form a single laminate. Next, this laminate was processed in the same manner as in Example 1 (see Table 7 for preheating temperature and impregnation pressure) to obtain a composite material having a shape of 100 mm ⁇ 100 mm ⁇ 100 mm. A test body was produced from the obtained composite material in the same manner as in Example 1, and the characteristics were evaluated.
  • the obtained composite material for LED light-emitting element was cut with a diamond saw and then subjected to outer periphery processing into a cylindrical shape of ⁇ 50.8 mm ⁇ 100 mm using a diamond grindstone with a cylindrical grinder.
  • the obtained cylindrical composite material for LED light-emitting elements was cut into a disk shape having a plate thickness of 0.4 mm at a cutting cutting speed of 0.5 mm / min using diamond abrasive grains with a multi-wire saw.
  • the obtained disc-shaped composite material for LED light-emitting elements was ground to a plate thickness of 0.3 mm using a # 600 diamond grindstone with a double-sided grinding machine to obtain a composite material substrate for LED light-emitting elements.

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Abstract

　ＬＥＤを構成するＩＩＩ－Ｖ族半導体結晶と線熱膨張率の差が小さく、かつ熱伝導性に優れ、高出力ＬＥＤ用として好適なＬＥＤ発光素子用基板を提供する。　炭化珪素、窒化アルミニウム、窒化珪素、ダイヤモンド、黒鉛、酸化イットリウム及び酸化マグネシウムの中から選ばれる１種以上からなり、気孔率が１０～５０体積％、３点曲げ強度が５０ＭＰａ以上である多孔体に、溶湯鍛造法にて含浸圧力３０ＭＰａ以上でアルミニウム合金又は純アルミニウムを含浸し、板厚０．０５～０．５ｍｍで、表面粗さ（Ｒａ）０．０１～０．５μｍに切断及び／又は研削加工した後、表面にＮｉ、Ｃｏ、Ｐｄ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｓｎの中から選ばれる１種以上の金属層を、厚みが０．５～１５μｍとなるように形成して、ＬＥＤ発光素子用複合材料基板を製造する。

Description

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
　本発明は、発光ダイオード（以下ＬＥＤと云う）素子用の複合材料基板、その製造方法及びその複合材料基板を用いたＬＥＤ発光素子に関する。
　ＬＥＤは、半導体のｐｎ接合に順方向電流を流すと発光する素子であり、ＧａＡｓ、ＧａＮ等のＩＩＩ－Ｖ族半導体結晶を用いて製造される。近年、半導体のエピタキシャル成長技術と発光素子プロセス技術の進歩により、変換効率の優れるＬＥＤが開発され、様々な分野において幅広く使用されている。
　ＬＥＤは、単結晶成長基板上にＩＩＩ－Ｖ族半導体結晶をエピタキシャル成長させたｐ型層とｎ型層及び両者に挟まれる光活性層から構成される。一般的には、単結晶サファイア等の成長基板上に、ＧａＮ等のＩＩＩ－Ｖ族半導体結晶をエピタキシャル成長させた後、電極等を形成しＬＥＤ発光素子を形成する（特許文献１）。
　単結晶成長基板上に、ＩＩＩ－Ｖ族半導体結晶をエピタキシャル成長させる場合、単結晶成長基板とＩＩＩ－Ｖ族半導体結晶の格子定数が異なるため、良好な単結晶を成長させることが難しい。このため、サファイア基板上に低温でＧａＮ等のバッファー層を形成し、その上にＧａＮをエピタキシャル成長させる方法が提案されている（特許文献２）。しかし、この手法を用いても、サファイア基板とバッファー層のＧａＮ等との線熱膨張係数差のために、エピタキシャル成長後の基板に反りが発生したり、最悪の場合には基板が割れるという課題がある。よって、線熱膨張係数がＩＩＩ－Ｖ族半導体結晶に近い基板材料が求められている。
　また、単結晶サファイア基板等の単結晶成長基板は、熱伝導性が良くないという課題もある。単結晶サファイアの場合、熱伝導率が４０Ｗ／ｍＫ程度であり、ＧａＮ等のＩＩＩ－Ｖ族半導体素子で発生する熱を十分に放熱することができない。特に、大電流を流す高出力ＬＥＤでは素子の温度が上昇して、発光効率の低下や素子寿命の低下が起きるという課題がある。このため、単結晶成長基板上にＩＩＩ－Ｖ族半導体結晶をエピタキシャル成長させた後に、金属層を介して高熱伝導性の基板を接合し、その後、単結晶成長基板を除去する方法が提案されている（特許文献３）。このため、高熱伝導性の基板として、熱伝導性に優れる銅等の材料が検討されているが、ＩＩＩ－Ｖ族半導体結晶と線熱膨張係数差が大きく、高出力ＬＥＤ用に十分満足できるものではなかった。
特開２００５－１１７００６号公報 特公平５－７３２５２号公報 特開２００６－１２８７１０号公報
　よって、本発明は、ＬＥＤを構成するＩＩＩ－Ｖ族半導体結晶と線熱膨張率の差が小さく、かつ熱伝導性に優れ、高出力ＬＥＤ用として好適なＬＥＤ発光素子用基板及びその製造方法を提供することを目的とする。
　また本発明は、このようなＬＥＤ発光素子用基板を用いてＬＥＤ発光素子を製造する方法並びにかかる方法によって製造されるＬＥＤ発光素子を提供することも目的とする。
　本発明の一態様では、炭化珪素、窒化アルミニウム、窒化珪素、ダイヤモンド、黒鉛、酸化イットリウム及び酸化マグネシウムの中から選ばれる１種以上からなり、気孔率が１０～５０体積％である多孔体にアルミニウム合金又は純アルミニウムを含浸し、所定の板厚、表面粗さの複合材料体に加工した後、表面にＮｉ、Ｃｏ、Ｐｄ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｓｎの中から選ばれる１種以上の金属を含む金属層を、厚みが０．５～１５μｍとなるように形成してなるＬＥＤ発光素子用複合材料基板が提供される。一態様では、前記多孔体は、５０ＭＰａ以上の３点曲げ強度を有し、前記アルミニウム合金は、溶湯鍛造法にて含浸圧力３０ＭＰａ以上で前記多孔体に含浸せしめられる。一実施態様では、前記複合材料体の板厚は、０．０５～０．５ｍｍで、表面粗さ（Ｒａ）が０．０１～０．５μｍとされる。他の実施態様では、前記複合材料体の板厚は、０．０５～０．５ｍｍで、表面粗さ（Ｒａ）が０．０１～２μｍとされ、かつ金属層形成後の片面が表面粗さ（Ｒａ）０．０１～０．５μｍに加工される。
　また本発明の好ましい実施態様では、複合材料基板は、温度２５℃の熱伝導率が１００～５００Ｗ／ｍＫ、温度２５℃～１５０℃の線熱膨張係数が４～９×１０－６／Ｋ、３点曲げ強度が５０ＭＰａ以上、体積固有抵抗が１０－９～１０－５Ω・ｍである。また他の実施態様では、複合材料基板は、板厚が０．０５ｍｍ～０．５ｍｍで、少なくとも一主面の表面粗さ（Ｒａ）が０．０１～０．５μｍであり、温度２５℃の５規定のＨＣｌ溶液及び温度７５℃の１０規定のＮａＯＨ溶液にそれぞれ１分間浸漬したときの少なくとも一主面の重量減少量が０．２ｍｇ／ｃｍ２以下である。
　本発明の他の態様では、ＬＥＤ発光素子用複合材料基板の製造方法であって、
　（ａ）炭化珪素、窒化アルミニウム、窒化珪素、ダイヤモンド、黒鉛、酸化イットリウム及び酸化マグネシウムの中から選ばれる１種以上からなり、気孔率が１０～５０体積％である多孔体を準備し、
　（ｂ）前記多孔体にアルミニウム又は純アルミニウムを含浸させ、所定の板厚、表面粗さに加工して複合材料体を形成し、
　（ｃ）前記複合材料体の表面にＮｉ、Ｃｏ、Ｐｄ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｓｎの中から選ばれる１種以上の金属を含む金属層を、厚みが０．５～１５μｍとなるように形成する
工程を具備してなる製造方法が提供される。
　ここで、一実施態様では、工程（ａ）において、前記多孔体が５０ＭＰａ以上の３点曲げ強度を有し、工程（ｂ）において、前記アルミニウム合金又は純アルミニウムを、溶湯鍛造法にて含浸圧力３０ＭＰａ以上で前記多孔体に含浸せしめる。他の実施態様では、工程（ｂ）において、複合材料体の板厚を０．０５～０．５ｍｍに、表面粗さ（Ｒａ）を０．０１～０．５μｍにする。他の実施態様では、工程（ｂ）において、複合材料体の板厚を０．０５～０．５ｍｍに、表面粗さ（Ｒａ）を０．０１～２μｍにし、工程（ｃ）において、金属層を形成した複合材料体の片面を表面粗さ（Ｒａ）０．０１～０．５μｍに加工する。
　本発明の更なる態様では、ＬＥＤ発光素子の製造方法であって、
　（１）円板状又は平板状の単結晶成長基板の一主面上に、ＩＩＩ－Ｖ族半導体結晶をエピタキシャル成長させ、
　（２）前記ＩＩＩ－Ｖ族半導体結晶の表面に金属層を介して、本発明に係る前述のＬＥＤ発光素子用複合材料基板を接合し、前記単結晶成長基板をレーザー照射、エッチング、研削のいずれかの方法により除去し、
　（３）前記単結晶成長基板が除去された側のＩＩＩ－Ｖ族半導体結晶の表面を加工し、電極形成を行った後、切断加工する
工程を具備してなる製造方法が提供される。
　ここで、一実施態様では、単結晶成長基板は、単結晶サファイア、単結晶炭化珪素、単結晶ＧａＡｓ、単結晶Ｓｉからなる群から選ばれる材料製である。他の実施態様では、単結晶成長基板は、ＡｌＮ、ＳｉＣ、ＧａＮ、ＧａＡｓからなる群から選ばれる材料で表面コーティングされる。また一実施態様では、ＩＩＩ－Ｖ族半導体結晶は、ＧａＮ、ＧａＡｓ、ＧａＰのいずれかである。更に本発明では、上記何れかのＬＥＤ発光素子の製造方法によって製造され得るＬＥＤ発光素子も開示される。
　本発明によれば、ＬＥＤを構成するＩＩＩ－Ｖ族半導体結晶と線熱膨張率の差の小さい、高熱伝導性のＬＥＤ発光素子用複合材料基板が得られる。このＬＥＤ発光素子用複合材料基板を用いることにより、放熱性、信頼性に優れた高出力のＬＥＤ発光素子を提供することができる。更に、上記構成のＬＥＤ発光素子用複合材料基板は、ＬＥＤ発光素子製造時に使用される酸及びアルカリ溶液に対する耐薬品性に優れると共に、導電性であり、ＬＥＤを構成するＩＩＩ－Ｖ族半導体結晶の両面に電極を形成することができる。そのため、ＬＥＤ発光素子の製造プロセスの低減、並びに単位面積当たりの発光量の増加を達成できる。
本発明の実施例１に係るＬＥＤ発光素子の製造例を説明するための概略断面図で、サファイア成長基板上にバッファー層を介して形成した半導体層に本発明の一実施例に係る複合材料基板を接合した状態を示す。 図１と同様の図で、成長基板を除去した後に透明導電層を形成した状態を示す。 本発明の実施例１７に係るＬＥＤ発光素子の製造例を説明するための概略断面図で、Ｓｉ成長基板上に形成した半導体層に本発明の一実施例に係る複合材料基板を接合した状態を示す。
　本発明は、ＬＥＤ発光素子と、該ＬＥＤ発光素子に使用される複合材料基板に関する。以下、ＬＥＤ発光素子の製造について記述し、その中で複合材料基板の製造についても説明する。
　本発明の実施形態において、ＬＥＤ発光素子は、単結晶成長基板、ＩＩＩ－Ｖ族半導体結晶、複合材料基板を用いて製造される。
　単結晶成長基板は、エピタキシャル成長させるＩＩＩ－Ｖ族半導体結晶との格子定数の差が小さく、かつ欠陥の少ない材料からなるものが必要である。結晶性と均一性の点から、単結晶材料を加工して用いるのが一般的である。これらの単結晶成長基板は、ＩＩＩ－Ｖ族半導体結晶をエピタキシャル成長させる工程における温度、雰囲気に耐えることが必要である。このため、本発明で用いる単結晶成長基板用の材料は、単結晶サファイア、単結晶炭化珪素、単結晶ＧａＡｓ、単結晶Ｓｉの群から選ばれることが好ましい。更に、本発明で用いる単結晶成長基板は、ＡｌＮ、ＳｉＣ、ＧａＮ、ＧａＡｓの群から選ばれる材料で表面コーティングされることが好ましい。
　ＬＥＤを構成するＩＩＩ－Ｖ族半導体結晶は、ＬＥＤ発光素子としての変換効率の点から、ＧａＮ、ＧａＡｓ、ＧａＰのいずれかであることが好ましい。これらのＩＩＩ－Ｖ族半導体結晶は高い発光効率が得られ、用途に応じて使い分けられる。またＩＩＩ－Ｖ族半導体結晶は、用途毎の最適発光波長に応じて選択される。
　本発明の一実施形態では、先ず、これらの単結晶成長基板の一主面上にエピタキシャル成長で、ＩＩＩ－Ｖ族半導体結晶を成長させる。ＩＩＩ－Ｖ族半導体結晶のエピタキシャル成長は、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）又はハライド気相エピタキシャル法（ＨＶＰＥ法）により行うことが好ましい。ＭＯＣＶＤ法は、結晶性の良いＩＩＩ－Ｖ族半導体結晶を成長させるのに適しており、ＨＶＰＥ法は、結晶成長速度が速く、効率よくＩＩＩ－Ｖ族半導体結晶を成長させることができる。これらの方法は公知であり、実施条件は適宜設定することができる。但し、エピタキシャル成長の方法は、ＩＩＩ－Ｖ族半導体結晶を成長させることのできる方法であれば、前記の方法に限定されるものではない。
　エピタキシャル成長させたＩＩＩ－Ｖ族半導体結晶は、発光特性を更に向上させるため、表面処理を施すことも可能である。また、結晶表面の均一性等を向上させるため、表面をエッチング処理や研磨処理することもある。本発明では、エピタキシャル成長させたＩＩＩ－Ｖ族半導体結晶の表面に本発明に係る複合材料基板を接合するが、その前に、ＩＩＩ－Ｖ族半導体結晶の表面に蒸着法、スパッタ法等の手法により、金属層を形成する。金属層は、インジウム、アルミニウム、金、銀又はこれらの合金を用いて形成するのが好ましい。金属層の厚みは、金属の線熱膨張係数がＩＩＩ－Ｖ族半導体結晶と異なる為、極端に厚いと密着性が低下して好ましくない。金属層の熱伝導率が低い場合は、放熱の面からも好ましくない。このため、金属層の厚みは、０．５～１０μｍであることが好ましく、更に好ましくは、０．５～２μｍである。
　次に、ＩＩＩ－Ｖ族半導体結晶に接合するため、複合材料基板のＩＩＩ－Ｖ族半導体結晶に接合される側の表面にも、同様に蒸着法、スパッタ法等により、金属層を形成する。金属層は、ＩＩＩ－Ｖ族半導体結晶の表面の金属層と同様に、インジウム、アルミニウム、金、銀及びこれらの合金を用いて形成するのが好ましい。複合材料基板に求められる特性は、（１）接合に耐え得る強度を有することと、（２）接合面にボイドや異物等の介在物が無く、接合面が平坦であることである。（１）の条件を満たすには、複合材料基板の３点曲げ強度が５０ＭＰａ以上である必要があり、好ましくは２００ＭＰａ以上である。（２）の条件を満たすには、複合材料基板の表面粗さ（Ｒａ）が０．０１～０．５μｍである必要があり、好ましくは、０．０１～０．２μｍである。
　ＩＩＩ－Ｖ族半導体結晶と複合材料基板の接合は、必要に応じて加圧を行いながら、接合面を合わせた状態で加熱して行う。加熱温度は金属層の種類によって異なるが、一般に２５０℃～５５０℃である。加圧の圧力は、２～２０ＭＰａが一般的である。
　複合材料基板は、ＩＩＩ－Ｖ族半導体結晶と接合して用いる為、両材料の線熱膨張係数の差が小さいことが重要である。このため、複合材料基板の温度２５℃～１５０℃の線熱膨張係数が４～９×１０－６／Ｋであることが好ましい。更に好ましくは、４～７×１０－６／Ｋである。複合材料基板の温度２５℃～１５０℃での線熱膨張係数が４～９×１０－６／Ｋの範囲を外れた場合、接合するＩＩＩ－Ｖ族半導体結晶又は成長基板との線熱膨張係数差により、接合後に反りが発生したり、ＬＥＤ発光素子として使用する際に接合層の剥離が発生したり、ＩＩＩ－Ｖ族半導体結晶が割れてしまう場合があり好ましくない。
　本発明の複合材料基板は、ＬＥＤ発光素子のベース基板となる。当該基板を介して、ＩＩＩ－Ｖ族半導体素子で発生する熱の大半を放熱することとなり、当該基板には高い放熱特性が要求される。このため、複合材料基板の温度２５℃での熱伝導率は、１００～５００Ｗ／ｍＫであることが好ましく、更に好ましくは、１５０～５００Ｗ／ｍＫである。熱伝導率が１００Ｗ／ｍＫ未満では、ＩＩＩ－Ｖ族半導体素子で発生する熱を十分に放熱することができず、特に大電流を流す必要のある高出力ＬＥＤでは、素子の温度が上がり発光効率の低下、それに伴う素子寿命の低下が起こり好ましくない。一方、熱伝導率の上限値に関しては、特性面からの制約はないが、基板材料が極端に高価になってしまう。
　また放熱性の面から、複合材料基板の板厚は薄い方が好ましいが、一方で、ＩＩＩ－Ｖ族半導体素子の保持及びＬＥＤ発光素子作製時のハンドリング等に耐え得る強度が必要なため、一定の板厚が必要である。一実施形態では、複合材料基板の板厚は、０．０５ｍｍ～０．５ｍｍが好ましく、０．０５ｍｍ～０．３ｍｍがより好ましい。複合材料基板の板厚が０．５ｍｍを超えるとＬＥＤ発光素子の放熱特性が低下して好ましくない。本発明の複合材料基板は、ＩＩＩ－Ｖ族半導体結晶と接合した後、必要に応じて研磨等により薄板化することもできる。
　本発明では、ＩＩＩ－Ｖ族半導体結晶と複合材料基板とを金属層を介して接合した後、単結晶成長基板を除去する。単結晶成長基板の除去は、単結晶成長基板側よりレーザー照射を行い除去する方法が一般的である。この他にも、研磨やエッチングにより単結晶成長基板を除去することもできる。単結晶成長基板を除去したＩＩＩ－Ｖ族半導体結晶面は、必要に応じて表面の研磨、エッチングを行い、所望する表面形状に仕上げた後、蒸着法、スパッタ法等の手法により、電極を形成する。更に、レーザーカット又はダイシングにて所定形状に切断して、ＬＥＤ発光素子を製造する。
　本発明の複合材料基板には、ＬＥＤ発光素子製造プロセスでの耐薬品特性が必要であり、具体的には、温度２５℃の５規定のＨＣｌ溶液及び温度７５℃の１０規定のＮａＯＨ溶液にそれぞれ１分間浸漬したときの少なくとも一主面の単位面積当たりの重量減少量が０．２ｍｇ／ｃｍ２以下が好ましく、更に好ましくは、重量減少量が０．１ｍｇ／ｃｍ２以下である。温度２５℃の５規定のＨＣｌ溶液及び温度７５℃の１０規定のＮａＯＨ溶液にそれぞれ１分間浸漬したときの単位面積当たりの重量減少量が０．２ｍｇ／ｃｍ２を超えると、複合材料中の金属成分の溶出に伴う熱伝導率等の特性低下が発生すると共に、レーザーカット又はダイシングにて所定形状に切断する際にチッピングが発生し、ＬＥＤ発光素子の歩留まりが低下するために好ましくない。本発明の複合材料基板の実使用においては、複合材料基板の一主面は、ＩＩＩ－Ｖ族半導体結晶と金属層を介して接合されるため、非接合面が、上述した耐薬品特性を満たすものであればよい。
　本発明の複合材料基板は、基板自体が導電性を有している。このため、ＬＥＤを構成するＩＩＩ－Ｖ族半導体結晶の両面に電極を形成することができる。サファイア基板等の絶縁材料を基板として用いる従来の方法では、上部のｐ型又はｎ型のＩＩＩ－Ｖ族半導体結晶の一部をエッチング等で除去して、同一面側に電極を形成する必要があるが、本発明では、かかる必要がないので、ＬＥＤ発光素子の製造プロセスの簡略化が可能である。更に、ｐ型又はｎ型の片方のＩＩＩ－Ｖ族半導体結晶の一部をエッチング等で除去して電極形成する必要がないため、ＬＥＤ発光素子の単位面積当たりの発光量を増加させることができる。本発明の複合材料の体積固有抵抗は、１０-9～１０-5Ω・ｍが好ましい。体積固有抵抗が１０-5Ω・ｍを超えると、発光効率の低下等が起こり好ましくない。体積固有抵抗の下限値は、特性面での制約はないが、材料組成から１０－９Ω・ｍ以上が一般的である。
　上述した特性を有する複合材料基板の製造方法について、以下に説明する。
　複合材料基板に使用される複合材料の製法は、含浸法と粉末冶金法の２種に大別される。このうち、熱伝導率等の特性面から実際に商品化されているのは、含浸法によるものである。含浸法にも種々の製法があり、常圧で行う方法と、高圧下で行う方法（高圧鍛造法）がある。高圧鍛造法には、溶湯鍛造法とダイキャスト法がある。本発明に好適な方法は、高圧下で含浸を行う高圧鍛造法であり、熱伝導率等の特性に優れた緻密な複合体を得るには溶湯鍛造法が好ましい。溶湯鍛造法は、高圧容器内に、セラミックス粉末又は成形体を装填し、これにアルミニウム合金等の溶湯を高温、高圧下で含浸させて複合材料を得る方法である。
　よって、本発明の一実施形態では、複合材料は、溶湯鍛造法により製造される。原料であるセラミックスは、熱伝導率が高く、線熱膨張係数の小さい材料を用いる必要がある。このため、本発明では、炭化珪素、窒化アルミニウム、窒化珪素、ダイヤモンド、黒鉛、酸化イットリウム及び酸化マグネシウムの中から選ばれる１種類以上を用いる。本発明の複合材料は、これらのセラミックスにアルミニウム合金又は純アルミニウムを含浸させて複合化することにより、熱伝導率及び線熱膨張係数を上述した範囲に調整することができる。一実施形態では、複合材料は、これらのセラミックスを５０～９０体積％含有し、残部がアルミニウム合金又は純アルミニウムからなる複合材料である。セラミックスの含有量は、好ましくは７０～８５体積％である。セラミックスの含有量が５０体積％未満では、得られる複合材料の線熱膨張係数が大きくなり、ＬＥＤ発光素子用の基板材料として好ましくない。一方、セラミックスの含有量が９０体積％を超えると、複合化時にアルミニウム合金又は純アルミニウムを十分に含浸させることができず、その結果、熱伝導率が低下してしまい好ましくない。
　セラミックスは、粉末のまま複合化することもできるが、無機バインダーを用いて成形体を作製するか、焼結処理を行って１０～５０体積％の気孔率を有する多孔体（以下プリフォームと云う）を作製して複合化することが好ましい。このプリフォームの気孔率の調整は、原料粉末の粒度調整、成形圧力、焼結条件等によって行う。プリフォームの成形方法は、プレス成形、鋳込み成形等の一般的なセラミックス粉末の成形方法で成形することができる。また、プリフォームは、必要に応じて平板状や円柱状に加工して用いる。更に、本発明の一実施形態では、最終形状として板厚が０．０５ｍｍ～０．５ｍｍの板状に加工するため、３点曲げ強度が５０ＭＰａ以上のプリフォームを用いることが好ましい。プリフォームの強度が低いと、研削加工等で板厚を０．０５ｍｍ～０．５ｍｍの板状に加工する際に、反りが発生することがある。
　プリフォームは、離型剤を塗布した治具等で固定し、複数個を積層してボルト－ナット等で連結して積層体とする。プリフォームを固定する治具は、鉄製や黒鉛製の治具を用いることができる。また、個々の治具は、離型剤を塗布した離型板を挟んで積層し、積層体とすることもできる。離型板としては、ステンレス板やセラミックス板を使用することができ、溶湯鍛造法にてアルミニウム合金が含浸されない緻密体であれば特に制限はない。また、治具や離型板に塗布する離型剤については、黒鉛、窒化ホウ素、アルミナ等の離型剤が使用できる。更に、好ましくは、治具や離型板表面をアルミナゾル等によりコーティングした後、離型剤を塗布することが好ましい。
　得られた積層体は、温度６００～８００℃程度で加熱後、高圧容器内に１個または２個以上配置し、積層体の温度低下を防ぐために出来るだけ速やかに、融点以上に加熱したアルミニウム合金の溶湯を給湯して３０ＭＰａ以上の圧力で加圧し、アルミニウム合金をプリフォームの空隙中に含浸させることで、複合材料が得られる。なお、含浸時の歪み除去の目的で、含浸品のアニール処理を行うこともある。
　積層体の加熱温度は、温度６００℃未満では、アルミニウム合金の複合化が不十分となり、得られる複合材料の熱伝導率等の特性が低下してしまう。また、加熱温度が８００℃を超えると、アルミニウム合金との複合化時に、セラミックス粉末の表面の酸化が起こり、得られる複合材料の熱伝導率等の特性が低下してしまう。更に、含浸時の圧力に関しては、３０ＭＰａ未満では、アルミニウム合金の複合化が不十分となり、得られる複合材料の熱伝導率等の特性が低下してしまい好ましくない。好ましくは、含浸圧力は、５０ＭＰａ以上である。
　本発明の複合材料基板に使用される複合材料中のアルミニウム合金は、当該分野において使用されているアルミニウム合金であれば如何なるものでも使用することができるが、一実施形態では、アルミニウムを７０質量％以上含有するアルミニウム合金が好適に使用される。アルミニウムの含有量が７０質量％未満では、アルミニウム合金の熱伝導率が低下し好ましくない。また、アルミニウム合金は、含浸時にプリフォームの空隙内に十分に浸透するために融点がなるべく低いことが好ましい。このようなアルミニウム合金として、例えばシリコンを５～２５質量％含有したアルミニウム合金が挙げられる。更にマグネシウムを０．３～２．０質量％含有させると、セラミックスと金属部分との結合がより強固になり好ましい。アルミニウム合金中のアルミニウム、シリコン、マグネシウム以外の金属成分に関しては、極端に特性が変化しない範囲であれば特に制限はなく、例えば銅等が含まれていても良い。
　次に、得られた複合材料の加工方法の例を説明する。得られた複合材料が円柱状の形状である場合、円筒研削盤等によりダイヤモンド砥石を用いて所定寸法に外形加工した後、マルチワイヤーソー、内周刃切断機等で最終形状より０．１～０．５ｍｍ程度厚い板厚に切断加工する。切断方法については、特に限定はないが、切断代が少なく量産性に適したマルチワイヤーソーでの切断が好適である。マルチワイヤーソーでの切断は、遊離砥粒タイプ及びダイヤモンド等の研削材を付着したワイヤーを用いた加工が採用できる。切断加工後の板状の複合材料は、両面研削盤、ロータリー研削盤、平面研削盤、ラップ盤等の加工機で、板厚が０．０５～０．５ｍｍ、且つ、表面粗さ（Ｒａ）が０．０１～０．５μｍになるように面加工を行う。面加工に際しては、表面粗さを、更に小さくするために、両面研削盤、ロータリー研削盤、平面研削盤等で面加工した後、ラップ盤で仕上げ加工を行うこともある。また、ＬＥＤ発光素子の製造工程で、本発明の複合材料基板をＩＩＩ－Ｖ族半導体結晶と接合後に研磨加工する場合は、複合材料基板の片面（接合面）のみに、所定の表面粗さまで面加工を行うこともある。
　得られた複合材料が板状である場合、両面研削盤、ロータリー研削盤、平面研削盤、ラップ盤等の加工機で、板厚が０．０５～０．５ｍｍ、且つ、表面粗さ（Ｒａ）が０．０１～０．５μｍになるように面加工を行った後、ウォータージェット加工機、放電加工機、レーザー加工機、ダイシングマシン、円筒研削盤等で所定形状に外周加工を行う。得られた複合材料が板状である場合、先にウォータージェット加工機、放電加工機、レーザー加工機、ダイシングマシン、円筒研削盤等で所定形状に外周加工を行い、その後両面研削盤、ロータリー研削盤、平面研削盤、ラップ盤等の加工機で、板厚が０．０５～０．５ｍｍ、且つ、表面粗さ（Ｒａ）が０．０１～０．５μｍになるように面加工を行うこともできる。
　次に、上記のようにして所定の板厚、表面粗さの板状に加工された複合材料体の表面を洗浄後、表面に厚みが０．５～１５μｍのＮｉ、Ｃｏ、Ｐｄ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｓｎの中から選ばれる１種以上の金属を含む金属層を形成する。金属層厚が０．５μｍ以下では、金属層のピンホールが発生し、耐薬品性が低下して好ましくない。一方、金属層厚が１５μｍを超えると、金属層と複合材料の熱膨張差による剥離や、得られる金属層を付与した複合材料の線熱膨張係数が大きくなり好ましくない。金属層厚に関しては、より好ましくは２～１０μｍである。金属層の材質は、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｐｄ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｓｎの中から選ばれる１種以上を含む金属が採用でき、これらの複合金属も使用可能である。また金属層には、Ｐ、Ｂ等の非金属元素が含まれていてもよい。金属層を付与する手法としては、無電解めっき又は電解めっきによることが一般的である。めっき以外の蒸着法等の手法により、板状の複合材料体の表面に、上述した金属を被覆することも可能である。
　また、２枚の板状の複合材料体をワックス、接着剤等で張り合わせ、表面を洗浄後、無電解めっき又は電解めっきにより、表面に厚みが０．５～１５μｍのＮｉ、Ｃｏ、Ｐｄ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｓｎの中から選ばれる１種以上の金属層を形成し、次に、ワックス、接着剤等を除去して、板状の複合材料体の一主面及び側面に金属層を形成することもできる。
　更には、板状の複合材料体の一主面を、有機シートやレジストにより被覆した後、表面を洗浄後、無電解めっき又は電解めっきにより、表面に厚みが０．５～１５μｍのＮｉ、Ｃｏ、Ｐｄ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｓｎの中から選ばれる１種以上の金属層を形成し、次に、被覆層を除去して、板状の複合材料の一主面及び側面に金属層を形成することもできる。
　また、複合材料を板状に外周加工及び切断等して、板厚が０．０５～０．５ｍｍで、表面粗さ（Ｒａ）が０．０１～０．２μｍの複合材料体にした後、表面を洗浄後、無電解めっき又は電解めっきにより、表面に厚みが０．５～１５μｍのＮｉ、Ｃｏ、Ｐｄ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｓｎの中から選ばれる１種以上の金属層を形成する。次に、一主面をラップ盤等で、表面粗さ（Ｒａ）が０．０１～０．５μｍになるように面加工を行うこともできる。
　以下、本発明を実施例によって詳細に説明するが、本発明がかかる実施例によって限定されるものではない。
（実施例１）
〈ＬＥＤ発光素子用複合材料基板の作製〉
　炭化珪素（以下、ＳｉＣともいう）粉末Ａ（大平洋ランダム社製、ＮＧ－６０、平均粒子径２００μｍ）１８００ｇ、炭化珪素粉末Ｂ（大平洋ランダム社製、ＮＧ－６００、平均粒子径２０μｍ）９００ｇ、炭化珪素粉末Ｃ（大平洋ランダム社製、ＮＣ－６０００、平均粒子径２μｍ）３００ｇ、及び成形バインダー（メチルセルロース、信越化学工業社製、「メトローズ」）１５０ｇを秤取し、攪拌混合機で３０分間混合した後、Φ５５ｍｍ×１１０ｍｍの寸法の円柱状に面圧１０ＭＰａでプレス成形した後、成形圧力１００ＭＰａでＣＩＰ成形して成形体を作製した。
　得られた成形体を、大気雰囲気中、温度６００℃で２時間脱脂処理後、アルゴン雰囲気下、温度２１００℃で２時間焼成して、気孔率が２０％のＳｉＣプリフォームを作製した。得られたＳｉＣプリフォームを、マシニングセンターでダイヤモンド製の砥石を用いて、外形寸法がΦ５２ｍｍ×１００ｍｍの形状に加工した。さらに、研削加工により３点曲げ強度測定用試験体（３ｍｍ×４ｍｍ×４０ｍｍ）を作製し、３点曲げ強度を測定した。３点曲げ強度は１２０ＭＰａであった。
　得られたＳｉＣプリフォームに窒化硼素の離型剤を塗布し、外形寸法：７０ｍｍ×７０ｍｍ×１００ｍｍ（内径寸法：Φ５２．５ｍｍ×１００ｍｍ）の筒状の黒鉛治具に挿入して構造体とした。次に、７０ｍｍ×１００ｍｍ×０．８ｍｍｔのステンレス板に黒鉛離型材を塗布して離型板を作製し、１４０．８ｍｍ×１４０．８ｍｍ×１００ｍｍの形状となる様に構造体４個を離型板を挟んで積層して、両側に１２ｍｍ厚みの鉄板を配置して、Ｍ１０のボルト８本で連結して一つの積層体とした。次に、積層体を電気炉で温度７００℃に予備加熱した後、あらかじめ加熱しておいた内径Φ４００ｍｍ×３００ｍｍＨのプレス型内に収め、シリコンを１２質量％及びマグネシウムを１質量％含有するアルミニウム合金の溶湯（温度：８００℃）を注ぎ、１００ＭＰａの圧力で２５分間加圧してＳｉＣプリフォームにアルミニウム合金を含浸させた。室温まで冷却した後、湿式バンドソーにて離型板の形状に沿って切断し、離型板を剥がし、旋盤で黒鉛治具部分を除去してΦ５２ｍｍ×１００ｍｍ形状の複合材料を得た。得られた複合材料は、含浸時の歪み除去のために５３０℃の温度で３時間アニール処理を行った。
　次に、得られた複合材料から、研削加工により熱膨張係数測定用試験体（直径３ｍｍ長さ１０ｍｍ）、熱伝導率測定用試験体（２５ｍｍ×２５ｍｍ×１ｍｍ）、３点曲げ強度測定用試験体（３ｍｍ×４ｍｍ×４０ｍｍ）、体積固有抵抗測定用試験体（５０ｍｍ×５０ｍｍ×５ｍｍ）を作製した。それぞれの試験体を用いて、温度２５℃～１５０℃の熱膨張係数を熱膨張計（セイコー電子工業社製；ＴＭＡ３００）で、温度２５℃での熱伝導率をレーザーフラッシュ法（アルバック社製；ＴＣ３０００）で、３点曲げ強度を曲げ強度試験機で、体積固有抵抗を４端子法（ＪＩＳ　Ｒ１６３７に準拠）で測定した。その結果、温度２５℃～１５０℃の熱膨張係数は４．９×１０－６／Ｋ、温度２５℃での熱伝導率は２５０Ｗ／ｍＫ、３点曲げ強度は３５０ＭＰａ、体積固有抵抗は８×１０－７Ω・ｍであった。
　複合材料を、円筒研削盤でダイヤモンドの砥石を用いて、Φ５０．８ｍｍ×１００ｍｍの円柱形状に外周加工を行った。得られた円柱形状の複合材料を、マルチワイヤーソーでダイヤモンド砥粒を用い、切断切り込み速度０．２ｍｍ／ｍｉｎで、板厚０．２ｍｍの円板状に切断加工を行った。円板状の複合材料を、両面研削盤で＃６００のダイヤモンド砥石を用いて板厚０．１２ｍｍに研削加工した後、ラップ盤でダイヤモンドの砥粒を用いて、板厚０．１ｍｍでまで研磨加工を行った後、純水中、次にイソプロピルアルコール中で超音波洗浄を行い、乾燥して複合材料体を作製した。表面粗さ（Ｒａ）を表面粗さ計で測定した結果、Ｒａ０．０４μｍであった。
　次に、この複合材料体に対して、無電解Ｎｉ―Ｐ及びＮｉ－Ｂめっきを行い、複合材料の表面に５μｍ厚（Ｎｉ－Ｐ：４μｍ＋Ｎｉ－Ｂ：１μｍ）のめっき層（金属層）を形成し複合材料基板とした。得られた複合材料基板の特性値は、めっき層金属の物性値とめっき前の複合材料体の物性値から、体積比率にて複合則に沿って計算して算出した。結果を表１に示す。また、めっき後の複合材料基板を、温度２５℃の５規定のＨＣｌ溶液及び温度７５℃の１０規定のＮａＯＨ溶液に１分間浸漬し、個々の処理による単位面積当たりの重量減少量を測定した。更に、めっき後の複合材料基板の表面粗さ（Ｒａ）を表面粗さ計で測定した。結果を表２に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
<ＬＥＤ発光素子の作製>
　図１の構造図を適宜参照して説明する。
　板厚が０．５ｍｍの単結晶サファイア基板１（成長基板）上に、アンモニアガスとトリメチルガリウムを使用し、キャリアガスとして水素と窒素の混合ガスを用いて、温度１１００℃でＭＯＣＶＤ法により、次の（１）～（４）のＧａＮ単結晶２～５を４μｍの厚さに成長させた。
　　（１）ｎ型ＧａＮバッファー層　　符号２
　　（２）ｎ型ＧａＮ半導体層　　　　符号３
　　（３）ＧａＮ活性層（発光層）　　符号４
　　（４）ｐ型ＧａＮ半導体層　　　　符号５
　次に、ｐ型ＧａＮ半導体層５の表面に、真空蒸着法で、銀／錫合金の合金層６を２μｍの厚さに蒸着した。一方、ＬＥＤ発光素子用複合材料基板８の片側の表面にも、同様の方法で銀／錫合金の合金層７を２μｍの厚さに蒸着した。図１に示すように、両基板を銀／錫合金層６，７が接するように積層し、温度４００℃で、５ＭＰａの加圧下で５分間保持して接合した。得られた接合体は、サファイア基板１側から、窒素ガスレーザーを照射し（出力４０ＭＷ／ｃｍ２）、サファイア基板１を剥離した。レーザー照射により、ｎ型ＧａＮバッファー層２がＧａと窒素に分解され、発生した窒素ガスによりサファイア基板１を剥離することができた。
　その後、表面に露出したｎ型ＧａＮバッファー層２をエッチングにより除去した後、図２（図１とは上下逆に示されている）に示すように、酸化インジウム錫の透明導電体層９を形成した。その後、ｎ型電極としてＡｕを蒸着して、ダイシングにより、個々のＬＥＤ発光素子とした。
（実施例２～１２，比較例１）
　実施例１で作製したΦ５０．８ｍｍ×０．１ｍｍｔの複合材料体（無電解めっき処理前の複合材料）に条件を変えて無電解めっき処理を行い、表面に表４に示す金属層を形成した。得られた複合材料基板の特性値を表３に示す。また、めっき後の複合材料基板を、温度２５℃の５規定のＨＣｌ溶液及び温度７５℃の１０規定のＮａＯＨ溶液に１分間浸漬し、個々の処理による単位面積当たりの重量減少量を測定した。更に、めっき後の複合材料基板を表面粗さ（Ｒａ）を表面粗さ計で測定した。その結果を表４に示す。尚、表４中、比較例１は、金属層を形成していない複合材料体についての試験結果である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
（実施例１３）
　実施例１で作製したΦ５０．８ｍｍ×０．１ｍｍｔの複合材料体について、蒸着法にて表面に１μｍのＡｕ層を形成した。得られた複合材料基板の特性値を表５に示す。また、得られた複合材料基板について、実施例１と同様の評価を行った。結果を表６に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000006
（実施例１４）
　実施例１で作製したΦ５０．８ｍｍ×０．１ｍｍｔの複合材料体２枚を、ワックス系の接着剤にて貼り合わせ、表面を洗浄後に、無電解Ｎｉ－Ｐめっき処理を行い、露出表面に５μｍのＮｉ－Ｐ層を形成した。めっき処理後に、ワックス系の接着剤を除去して、一主面及び側面に金属層を付与した複合材料基板を得た。得られた複合材料基板の特性値を表５に示す。また、得られた複合材料基板について、非めっき面を耐薬品テープで被覆し、実施例１と同様の評価を行った。結果は先の表６に併せて示す。
（実施例１５）
　実施例１で作製したΦ５０．８ｍｍ×０．１ｍｍｔの複合材料体の一主面をめっきレジストで被覆後、表面を洗浄して無電解Ｎｉ－Ｐめっき処理を行い、表面に５μｍのＮｉ－Ｐ層を形成した。めっき処理後に、めっきレジストをアセトンで除去して、一主面及び側面に金属層を付与した複合材料基板を作製した。得られた複合材料基板の特性値を表５に示す。また、得られた複合材料基板について、非めっき面を耐薬品テープで被覆し、実施例１と同様の評価を行った。結果は先の表６に併せて示す。
（実施例１６）
　実施例１で作製した複合材料をΦ５０．８ｍｍ×０．２ｍｍｔの形状に加工した後、表面を洗浄して無電解Ｎｉ－Ｐめっき処理を行い、表面に３μｍのＮｉ－Ｐ層を形成した。その後、平面研削盤にてで＃８００のダイヤモンド砥石を用いて、板厚０．１ｍｍに研削加工を行い、一主面及び側面に金属層を付与した複合材料基板を作製した。得られた複合材料の特性値を表５に示す。また、得られた複合材料基板について、非めっき面を耐薬品テープで被覆し、実施例１と同様の評価を行った。結果は先の表６に併せて示す。
（実施例１７～２０、比較例２～４）
〈ＬＥＤ発光素子用複合材料基板の作製〉
　炭化珪素粉末Ｄ（大平洋ランダム社製、ＮＧ－８０、平均粒子径：１５０μｍ）１３００ｇ、炭化珪素粉末Ｅ（屋久島電工社製、ＧＣ－１０００Ｆ、平均粒子径：１０μｍ）７００ｇ、シリカゾル（日産化学社製：スノーテックス）３００ｇを秤取し、攪拌混合機で３０分間混合した後、Φ６０ｍｍ×５５ｍｍの寸法の円柱状に面圧３０ＭＰａでプレス成形して成形体を作製した。得られた成形体を、温度１２０℃で１時間乾燥後、窒素雰囲気下、温度１４００℃で２時間焼成して、気孔率が３５％のＳｉＣプリフォームを得た。得られたＳｉＣプリフォームを、マシニングセンターでダイヤモンド砥石を用いて、外形寸法が、Φ５２ｍｍ×５０ｍｍの形状に加工した。得られたＳｉＣプリフォームより、研削加工により３点曲げ強度測定用試験体（３ｍｍ×４ｍｍ×４０ｍｍ）を作製し、３点曲げ強度を測定した。その結果、３点曲げ強度が、５０ＭＰａであった。
　得られたＳｉＣプリフォームに窒化硼素の離型剤を塗布し、外形寸法７０ｍｍ×７０ｍｍ×５０ｍｍ（内径寸法：Φ５２．５ｍｍ×５０ｍｍ）の筒状の鉄製治具に挿入し構造体とした。次に、７０ｍｍ×７０ｍｍ×０．８ｍｍｔのステンレス板に黒鉛離型材を塗布して離型板を作製し、１４０．８ｍｍ×１４０．８ｍｍ×５０ｍｍの形状となる様に構造体４個を離型板を挟んで積層した。両側にセラミックス繊維含有量が１０体積％、厚み１０ｍｍのセラミックスボードを挟んで、厚１２ｍｍ厚みの鉄板を配置して、Ｍ１０のボルト８本で連結して一つの積層体とした。
　次に、積層体を電気炉で、表７に示す様々な温度に予備加熱した後、あらかじめ加熱しておいた内径Φ４００ｍｍ×３００ｍｍＨのプレス型内に収め、シリコンを１２質量％及びマグネシウムを１質量％含有するアルミニウム合金の溶湯（温度：８００℃）を注ぎ、表７に示す各圧力で２５分間加圧してＳｉＣプリフォームにアルミニウム合金を含浸させた。室温まで冷却した後、湿式バンドソーにて離型板の形状に沿って切断し、離型板及び鉄製治具を剥がした後、機械加工により両端のセラミックス繊維を１０体積％含有するアルミニウム合金層を除去してΦ５２．５ｍｍ×５０ｍｍ形状の複合材料を得た。得られた複合材料は、含浸時の歪み除去のために５３０℃の温度で３時間アニール処理を行った。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000007
　次に、得られた複合材料より、研削加工により熱膨張係数測定用試験体（直径３ｍｍ長さ１０ｍｍ）、熱伝導率測定用試験体（２５ｍｍ×２５ｍｍ×１ｍｍ）、３点曲げ強度測定用試験体（３ｍｍ×４ｍｍ×４０ｍｍ）、体積固有抵抗測定用試験体（５０ｍｍ×５０ｍｍ×５ｍｍ）を作製した。それぞれの試験体を用いて、実施例１と同様の方法で、温度２５℃～１５０℃の熱膨張係数、温度２５℃での熱伝導率、３点曲げ強度、体積固有抵抗を測定した。比較例２は、試験体加工時に形状が保持出来ず、特性評価が出来なかった。
　得られた複合材料を、円筒研削盤でダイヤモンドの砥石を用いて、Φ５０．８ｍｍ×５０ｍｍの円柱形状に外周加工を行った。次に、円柱形状の複合材料を、内周刃切断機でダイヤモンド製の刃を用い、切断切り込み速度５ｍｍ／ｍｉｎで、板厚０．２５ｍｍの円板状に切断加工を行った。円板状の複合材料を、両面研削盤で＃８００のダイヤモンド砥石を用いて、板厚０．２ｍｍに研削加工を行い、複合材料基板を作製した。
　次に、この複合材料の表面を洗浄後、無電解Ｎｉ―Ｐ及びＮｉ－Ｂめっきを行い、複合材料の表面に４μｍ厚（Ｎｉ－Ｐ：３μｍ＋Ｎｉ－Ｂ：１μｍ）のめっき層を形成した。得られた複合材料の物性値を表８に示す。また、実施例１と同様の評価を行った結果を表９に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000008
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000009
〈ＬＥＤ発光素子の作製〉
　次に、実施例１７のＬＥＤ発光素子用複合材料基板を用いたＬＥＤ発光素子の作製例を、図３を適宜参照しながら、記載する。
　板厚が０．５ｍｍの単結晶Ｓｉ基材１１上に、ＣＶＤ法でＳｉＣ層（表面コーティング層）１０を２μｍ形成して成長基板１を作製した後、アンモニアガスと塩化ガリウムを使用し、キャリアガスとして水素ガスを用いて、温度１０５０℃でＨＶＰＥ法により、次の（１）～（３）のＧａＮ単結晶３～５を４μｍの厚さに成長させた。
（１）ｎ型ＧａＮ半導体層　　　　符号３
（２）ＧａＮ活性層（発光層）　　符号４
（３）ｐ型ＧａＮ半導体層　　　　符号５
　次に、ｐ型ＧａＮ半導体層５の表面に、真空蒸着法で、銀を０．５μｍの厚さに蒸着した後、Ａｕ／錫合金を１．５μｍの厚さに蒸着して合金層６を形成した。一方、実施例１７のＬＥＤ発光素子用複合材料基板８の片側の表面にも、同様の方法でＡｕ／錫合金の合金層７を１．５μｍの厚さに蒸着した。両基板をＡｕ／錫合金層６，７が接する様に積層し、温度５００℃で、５ＭＰａの加圧下で５分間保持し接合した。得られた接合体は、酸処理により単結晶Ｓｉ層をエッチング除去した後、研削加工によりＳｉＣ層を完全に除去した。
　その後、露出したｎ型ＧａＮ層３の表面をエッチングにより、表面粗化した後、酸化インジウム錫の透明導電体層を形成した。次に、ｎ型電極としてＡｕを蒸着して、レーザー加工により、個々のＬＥＤ発光素子とした。
（実施例２１）
　炭化珪素粉末Ａ（平均粒子径：２００μｍ）１８００ｇ、炭化珪素粉末Ｂ（平均粒子径：２０μｍ）９００ｇ、窒化アルミニウム粉末（トクヤマ社製、Ｆグレード、平均粒子径：２μｍ）３００ｇ、及び成形バインダー（メチルセルロース）１５０ｇを秤取し、攪拌混合機で３０分間混合した後、Φ５５ｍｍ×１１０ｍｍの寸法の円柱状に面圧１０ＭＰａでプレス成形した後、成形圧力１００ＭＰａでＣＩＰ成形して成形体を作製した。
　得られた成形体を、大気雰囲気中、温度６００℃で２時間脱脂処理後、アルゴン雰囲気下、温度１９５０℃で２時間焼成して、気孔率が１５％のプリフォームを得た。得られたプリフォームを、マシニングセンターでダイヤモンド砥石を用い、外形寸法が、Φ５２ｍｍ×１００ｍｍの形状に加工した。研削加工により３点曲げ強度測定用試験体（３ｍｍ×４ｍｍ×４０ｍｍ）を作製し、３点曲げ強度を測定した。その結果、３点曲げ強度が、１２５ＭＰａであった。
　得られたプリフォームを実施例１と同様の方法で処理して（予備加熱温度、含浸圧力は表７参照）、Φ５２ｍｍ×１００ｍｍ形状のＬＥＤ発光素子用複合材料を得た。得られたＬＥＤ発光素子用複合材料より、実施例１と同様に試験体を作製し特性評価を行った。
　次に、得られたＬＥＤ発光素子用複合材料を、円筒研削盤でダイヤモンドの砥石を用いてΦ５０．８ｍｍ×１００ｍｍの円柱形状に外周加工を行った後、実施例１と同様にして板厚０．１５ｍｍの円板状に加工した。次に、円板状のＬＥＤ発光素子用複合材料を、ラップ盤でダイヤモンドの砥粒を用いて板厚０．１ｍｍでまで研磨加工を行ってＬＥＤ発光素子用複合材料基板を作製した。
　次に、この複合材料の表面を洗浄後、無電解Ｎｉ―Ｐ及びＮｉ－Ｂめっきを行い、複合材料の表面に４μｍ厚（Ｎｉ－Ｐ：３μｍ＋Ｎｉ－Ｂ：１μｍ）のめっき層を形成した。得られた複合材料の物性値を表８に示す。また、実施例１と同様の評価を行った結果を表９に示す。
（実施例２２）
　窒化アルミニウム粉末（平均粒子径２μｍ）２８８０ｇ、酸化イットリウム粉末（信越レア・アース社製、ＵＵグレード、平均粒子径１μｍ）１２０ｇ、及び成形バインダー（メチルセルロース）１５０ｇ、純水１５０ｇを秤取し、攪拌混合機で３０分間混合した後、Φ５５ｍｍ×１１０ｍｍの寸法の円柱状に面圧１０ＭＰａでプレス成形した後、成形圧力１００ＭＰａでＣＩＰ成形して成形体を作製した。
　得られた成形体を、大気雰囲気中、温度６００℃で２時間脱脂処理後、窒素雰囲気下、温度１７８０℃で４時間焼成して、気孔率が２２％のプリフォームを得た。得られたプリフォームは、マシニングセンターでダイヤモンド砥石を用いて、外形寸法が、Φ５２ｍｍ×１００ｍｍの形状に加工した。得られたプリフォームより、研削加工により３点曲げ強度測定用試験体（３ｍｍ×４ｍｍ×４０ｍｍ）を作製し、３点曲げ強度を測定した。３点曲げ強度は９０ＭＰａであった。
　次に、得られたプリフォームを、アルミニウム合金の代わりに純アルミニウムを使用した以外は、実施例１と同様の方法で処理して（予備加熱温度、含浸圧力は表７参照）、Φ５２ｍｍ×１００ｍｍ形状のＬＥＤ発光素子用複合材料を得た。得られたＬＥＤ発光素子用複合材料より、実施例１と同様に試験体を作製し特性評価を行った。
　次に、ＬＥＤ発光素子用複合材料を、円筒研削盤でダイヤモンドの砥石を用いてΦ５０．８ｍｍ×１００ｍｍの円柱形状に外周加工を行った後、実施例１と同様にして板厚０．１５ｍｍに加工した。得られた円板状のＬＥＤ発光素子用複合材料は、ラップ盤でダイヤモンドの砥粒を用いて板厚０．１ｍｍまで研磨加工を行ってＬＥＤ発光素子用複合材料基板を作製した。
　次に、この複合材料の表面を洗浄後、無電解Ｎｉ―Ｐ及びＮｉ－Ｂめっきを行い、複合材料の表面に４μｍ厚（Ｎｉ－Ｐ：３μｍ＋Ｎｉ－Ｂ：１μｍ）のめっき層を形成した。得られた複合材料の物性値を表８に示す。また、実施例１と同様の評価を行った結果を表９に示す。
（実施例２３）
　窒化珪素粉末（電気化学工業社製、ＮＰ－２００、平均粒子径：１μｍ）２７９０ｇ、酸化イットリウム粉末（平均粒子径：１μｍ）１５０ｇ、酸化マグネシウム粉末（岩谷化学社製、ＭＪ－３０、平均粒子径：１μｍ）６０ｇを秤取し、攪拌混合機で３０分間混合した後、Φ５５ｍｍ×１０ｍｍの寸法の円板状に面圧１０ＭＰａでプレス成形した後、成形圧力１００ＭＰａでＣＩＰ成形して成形体を作製した。
　得られた成形体を、０．９ＭＰａの窒素加圧雰囲気下、温度１８８０℃で４時間焼成して、気孔率が１３％のプリフォームを得た。得られたプリフォームは、マシニングセンターでダイヤモンド砥石を用いて、外形寸法が、Φ５２ｍｍ×５ｍｍの形状に加工した。得られたプリフォームより、研削加工により３点曲げ強度測定用試験体（３ｍｍ×４ｍｍ×４０ｍｍ）を作製し、３点曲げ強度を測定した。その結果、３点曲げ強度が、１５０ＭＰａであった。
　次に、得られたプリフォームを実施例１と同様の方法で処理して（予備加熱温度、含浸圧力は表７参照）、Φ５２ｍｍ×１０ｍｍ形状のＬＥＤ発光素子用複合材料を得た。得られたＬＥＤ発光素子用複合材料より、実施例１と同様に試験体を作製し特性評価を行った。
　得られたＬＥＤ発光素子用複合材料を、ウォータージェット加工機でΦ５０．８ｍｍ×５ｍｍの円板形状に外周加工を行った。次に、平面研削盤で＃２３０のダイヤモンド砥石を用いて板厚０．２２ｍｍの円板形状に研削加工後、＃８００のダイヤモンド砥石を用いて板厚０．２ｍｍまで研削加工を行ってＬＥＤ発光素子用複合材料基板を作製した。
　次に、この複合材料の表面を洗浄後、無電解Ｎｉ―Ｐ及びＮｉ－Ｂめっきを行い、複合材料の表面に４μｍ厚（Ｎｉ－Ｐ：３μｍ＋Ｎｉ－Ｂ：１μｍ）のめっき層を形成した。得られた複合材料の物性値を表８に示す。また、実施例１と同様の評価を行った結果を表９に示す。
（実施例２４）
　ダイヤモンド粉末Ａ（Ｄｉａｍｏｎｄ　Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎｓ社製、ＭＢＧ－６００、平均粒子径：１２０μｍ）７ｇとダイヤモンド粉末Ｂ（Ｄｉａｍｏｎｄ　Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎｓ社製、ＭＢＧ－６００、平均粒子径：１５μｍ）３ｇを、アルミナ製の乳鉢で１０分間混合した後、外形寸法７０ｍｍ×７０ｍｍ×２０ｍｍ（内径寸法Φ５２．５ｍｍ×２０ｍｍ）の筒状の黒鉛治具（１）に、外形寸法Φ５２．４ｍｍ×９ｍｍの黒鉛治具（２）を挿入した後、ダイヤモンドの混合粉末１０ｇを充填し、更に、ダイヤモンドの混合粉末の上面に黒鉛治具（２）を挿入して構造体とした。次に、７０ｍｍ×７０ｍｍ×０．８ｍｍｔのステンレス板に黒鉛離型材を塗布して離型板を作製し、この構造体を、離型板を挟んで積層し、上下に１２ｍｍ厚みの鉄板を配置して、Ｍ１０のボルト８本で連結して一つの積層体とした。
　次に、この積層体を実施例１と同様の方法で処理して（予備加熱温度、含浸圧力は表７参照）、７０ｍｍ×７０ｍｍ×２０ｍｍの形状で周囲が黒鉛治具に囲まれたＬＥＤ発光素子用複合材料を得た。得られたＬＥＤ発光素子用複合材料は、黒鉛治具に囲まれた構造となっており、アルミニウム－ダイヤモンドからなる複合材料が露出するまで、両主面側（７０ｍｍ×７０ｍｍ）より、平面研削盤でダイヤモンド砥石を用いて研削加工を行い、７０ｍｍ×７０ｍｍ×２ｍｍｔの板状形状に加工した。次に、ウォータージェット加工機で、Φ５０．８ｍｍ×２ｍｍの円板形状に外周加工を行った。
　次に、得られたＬＥＤ発光素子用複合材料より、研削加工により熱膨張係数測定用試験体（２ｍｍ×３ｍｍ×１０ｍｍ）、熱伝導率測定用試験体（２５ｍｍ×２５ｍｍ×１ｍｍ）、３点曲げ強度測定用試験体（２ｍｍ×４ｍｍ×４０ｍｍ）、体積固有抵抗測定用試験体（３５ｍｍ×３５ｍｍ×２ｍｍ）を作製した。それぞれの試験体を用いて、実施例１と同様にして評価を行った。
　得られたＬＥＤ発光素子用複合材料を、平面研削盤で＃２３０のダイヤモンド砥石を用いて板厚０．１６ｍｍの円板形状に研削加工後、＃４００のダイヤモンド砥石を用いて板厚０．１５ｍｍでまで研削加工を行ってＬＥＤ発光素子用複合材料基板を作製した。
　次に、この複合材料の表面を洗浄後、無電解Ｎｉ―Ｐ及びＮｉ－Ｂめっきを行い、複合材料の表面に４μｍ厚（Ｎｉ－Ｐ：３μｍ＋Ｎｉ－Ｂ：１μｍ）のめっき層を形成した。得られた複合材料の物性値を表８に示す。また、実施例１と同様の評価を行った結果を表９に示す。
（実施例２５）
　１００ｍｍ×１００ｍｍ×０．８ｍｍｔのステンレス板に黒鉛離型材を塗布して離型板を作製し、形状１００ｍｍ×１００ｍｍ×１００ｍｍの等方性黒鉛成形体（東海カーボン社製Ｇ４５８／気孔率：１３体積％）を、離型板を挟んで両側に１２ｍｍ厚みの鉄板を配置して、Ｍ１０のボルト８本で連結して一つの積層体とした。次に、この積層体を実施例１と同様の方法で処理して（予備加熱温度、含浸圧力は表７参照）、１００ｍｍ×１００ｍｍ×１００ｍｍの形状の複合材料を得た。得られた複合材料より、実施例１と同様に試験体を作製し特性評価を行った。
　得られたＬＥＤ発光素子用複合材料は、ダイヤモンドソーで切断加工後、円筒研削盤でダイヤモンドの砥石を用いて、Φ５０．８ｍｍ×１００ｍｍの円柱形状に外周加工を行った。得られたＬＥＤ発光素子用円柱形状の複合材料を、マルチワイヤーソーでダイヤモンド砥粒を用いて、切断切り込み速度０．５ｍｍ／ｍｉｎで板厚０．４ｍｍの円板状に切断加工した。得られたＬＥＤ発光素子用円板状の複合材料を、両面研削盤で＃６００のダイヤモンド砥石を用いて板厚０．３ｍｍに研削加工を行ってＬＥＤ発光素子用複合材料基板とした。
　次に、この複合材料の表面を洗浄後、無電解Ｎｉ―Ｐ及びＮｉ－Ｂめっきを行い、複合材料の表面に４μｍ厚（Ｎｉ－Ｐ：３μｍ＋Ｎｉ－Ｂ：１μｍ）のめっき層を形成した。得られた複合材料の物性値を表８に示す。また、実施例１と同様の評価を行った結果を表９に示す。
１　　成長基板
２　　成長基板上に形成された窒化物のバッファー層
３　　ｎ型のＩＩＩ－Ｖ族半導体層
４　　発光層
５　　ｐ型のＩＩＩ－Ｖ族半導体層
６　　合金層（反射層）
７　　合金層
８　　複合材料基板
９　　透明導電層
１０　表面コーティング層
１１　基材

Claims (15)

  1. 　炭化珪素、窒化アルミニウム、窒化珪素、ダイヤモンド、黒鉛、酸化イットリウム及び酸化マグネシウムの中から選ばれる１種以上からなり、気孔率が１０～５０体積％である多孔体にアルミニウム合金又は純アルミニウムを含浸し、所定の板厚、表面粗さの複合材料体に加工した後、表面にＮｉ、Ｃｏ、Ｐｄ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｓｎの中から選ばれる１種以上の金属を含む金属層を、厚みが０．５～１５μｍとなるように形成してなるＬＥＤ発光素子用複合材料基板。
  2. 　前記多孔体が、５０ＭＰａ以上の３点曲げ強度を有し、前記アルミニウム合金又は純アルミニウムが、溶湯鍛造法にて含浸圧力３０ＭＰａ以上で前記多孔体に含浸せしめられる請求項１に記載の複合材料基板。
  3. 　前記複合材料体の板厚が０．０５～０．５ｍｍで、表面粗さ（Ｒａ）が０．０１～０．５μｍとされる請求項１又は２に記載の複合材料基板。
  4. 　前記複合材料体の板厚が０．０５～０．５ｍｍで、表面粗さ（Ｒａ）が０．０１～２μｍとされ、更に前記金属層の形成後の片面が表面粗さ（Ｒａ）０．０１～０．５μｍに加工されてなる請求項１又は２に記載の複合材料基板。
  5. 　温度２５℃の熱伝導率が１００～５００Ｗ／ｍＫ、温度２５℃～１５０℃の線熱膨張係数が４～９×１０－６／Ｋ、３点曲げ強度が５０ＭＰａ以上、体積固有抵抗が１０－９～１０－５Ω・ｍである請求項１又は２に記載の複合材料基板。
  6. 　板厚が０．０５ｍｍ～０．５ｍｍで、少なくとも一主面の表面粗さ（Ｒａ）が０．０１～０．５μｍであり、温度２５℃の５規定のＨＣｌ溶液及び温度７５℃の１０規定のＮａＯＨ溶液にそれぞれ１分間浸漬したときの少なくとも一主面の重量減少量が０．２ｍｇ／ｃｍ２以下である請求項５に記載の複合材料基板。
  7. 　ＬＥＤ発光素子用複合材料基板の製造方法であって、
    　（ａ）炭化珪素、窒化アルミニウム、窒化珪素、ダイヤモンド、黒鉛、酸化イットリウム及び酸化マグネシウムの中から選ばれる１種以上からなり、気孔率が１０～５０体積％である多孔体を準備し、
    　（ｂ）前記多孔体にアルミニウム又は純アルミニウムを含浸させ、所定の板厚、表面粗さに加工して複合材料体を形成し、
    　（ｃ）前記複合材料体の表面にＮｉ、Ｃｏ、Ｐｄ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｓｎの中から選ばれる１種以上の金属を含む金属層を、厚みが０．５～１５μｍとなるように形成する
    工程を具備してなる製造方法。
  8. 　工程（ａ）において、前記多孔体が５０ＭＰａ以上の３点曲げ強度を有し、前記工程（ｂ）において、前記アルミニウム合金又は純アルミニウムを、溶湯鍛造法にて含浸圧力３０ＭＰａ以上で前記多孔体に含浸せしめる、請求項７に記載の製造方法。
  9. 　工程（ｂ）において、複合材料体の板厚を０．０５～０．５ｍｍに、表面粗さ（Ｒａ）を０．０１～０．５μｍにする請求項７に記載の製造方法。
  10. 　工程（ｂ）において、複合材料体の板厚を０．０５～０．５ｍｍに、表面粗さ（Ｒａ）を０．０１～２μｍにし、
    　工程（ｃ）において、金属層を形成した複合材料体の片面を表面粗さ（Ｒａ）０．０１～０．５μｍに加工する、請求項７に記載の製造方法。
  11. 　ＬＥＤ発光素子の製造方法であって、
    　（１）円板状又は平板状の単結晶成長基板の一主面上に、ＩＩＩ－Ｖ族半導体結晶をエピタキシャル成長させ、
    　（２）前記ＩＩＩ－Ｖ族半導体結晶の表面に金属層を介して、請求項１から６の何れか一項に記載のＬＥＤ発光素子用複合材料基板を接合した後、前記単結晶成長基板をレーザー照射、エッチング、研削のいずれかの方法により除去し、
    　（３）前記単結晶成長基板が除去された側のＩＩＩ－Ｖ族半導体結晶の表面を加工し、電極形成を行った後、切断加工する
    工程を具備してなる製造方法。
  12. 　単結晶成長基板が、単結晶サファイア、単結晶炭化珪素、単結晶ＧａＡｓ、単結晶Ｓｉからなる群から選ばれる材料製である請求項１１に記載のＬＥＤ発光素子の製造方法。
  13. 　単結晶成長基板が、ＡｌＮ、ＳｉＣ、ＧａＮ、ＧａＡｓからなる群から選ばれる材料で表面コーティングされる請求項１１又は１２に記載のＬＥＤ発光素子の製造方法。
  14. 　ＩＩＩ－Ｖ族半導体結晶が、ＧａＮ、ＧａＡｓ、ＧａＰのいずれかである請求項１１から１３の何れか一項に記載のＬＥＤ発光素子の製造方法。
  15. 　請求項１１から１４の何れか一項に記載のＬＥＤ発光素子の製造方法によって得ることができるＬＥＤ発光素子。
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