TWI540772B

TWI540772B - Ｌｅｄ發光元件保持基板用之包覆材及其製造方法

Info

Publication number: TWI540772B
Application number: TW101133224A
Authority: TW
Inventors: 石原庸介; 廣津留秀樹; 塚本秀雄
Original assignee: 電化股份有限公司
Priority date: 2011-09-13
Filing date: 2012-09-12
Publication date: 2016-07-01
Also published as: KR20140072876A; US20140339596A1; EP2757604B1; CN103797598A; WO2013038964A1; JPWO2013038964A1; EP2757604A4; US9299888B2; TW201324882A; EP2757604A1

Description

LED發光元件保持基板用之包覆材及其製造方法

本發明係關於在含有III-V族半導體結晶所成的發光二極體(以下稱為LED)元件所被使用的包覆材及其製造方法、以及使用該包覆材所製造的LED發光元件。

LED係在半導體的pn接合流通順向電流時會發光的元件，使用GaAs、GaN等III-V族半導體結晶進行製造。近年來，基於半導體的磊晶成長技術與發光元件製程技術的進步，被開發出轉換效率優異的LED，在各種領域中被廣泛使用。

LED係由在單結晶成長基板上使III-V族半導體結晶作磊晶成長的p型層、n型層、及兩者所夾的光活性層所構成。一般而言，在單結晶藍寶石等成長基板上，在使GaN等III-V族半導體結晶作磊晶成長後，形成電極等而形成LED發光元件(專利文獻1)。

若在單結晶成長基板上使III-V族半導體結晶作磊晶成長，由於單結晶成長基板與III-V族半導體結晶的晶格常數不同，因此不易使良好的單結晶成長。因此，在藍寶石基板上以低溫形成AlN等緩衝層，在其上使GaN作磊晶成長的方法已被提出(專利文獻2)。但是，即使使用該手法，由於藍寶石基板與GaN的線熱膨脹係數差，會有在磊晶成長後的基板發生翹曲，或在最差的情況下發生基板破裂的問題。因此，圖求一種線熱膨脹係數接近於III-V族半導體結晶的基板材料。

另一方面，單結晶藍寶石基板等單結晶成長基板亦有熱傳導性不佳的問題。若為單結晶藍寶石，熱傳導率為40W/mK左右，無法將在GaN等III-V族半導體元件所發生的熱充分散熱。尤其，在流通大電流的高輸出LED中，元件的溫度會上升，而引起發光效率降低或元件壽命降低。因此，在單結晶成長基板上使III-V族半導體結晶作磊晶成長後，透過金屬層來接合高熱傳導性的基板，之後再去除單結晶成長基板的方法已被提出(專利文獻3)。因此，以高熱傳導性的基板而言，對熱傳導性優異的銅等材料進行研究，但是與III-V族半導體結晶的線熱膨脹係數差大，並無法充分滿足於高輸出LED用。

[專利文獻1]日本特開2005-117006號公報

[專利文獻2]日本特公平5-73252號公報

[專利文獻3]日本特開2006-128710號公報

本發明係鑑於上述情形而研創者，目的在提供一種與構成LED的III-V族半導體結晶的線熱膨脹率的差小，而且熱傳導性優異，適於作為高輸出LED用的LED發光元件保持基板用之包覆材。

此外，本發明之目的亦在提供一種上述包覆材的製造方法及使用上述包覆材所製造的LED發光元件。

亦即，在本發明之主要態樣中，提供一種包覆材，其係層積包含不同材料的複數層而成，透過金屬層而被接合在III-V族半導體結晶面的LED發光元件保持基板用之包覆材，其中線膨脹係數為14×10^-6/K以下，溫度25℃ 的熱傳導率為200W/mK以上。

在此，較佳為包覆材係交替層積銅層與鉬層而形成。在一實施態樣中，包覆材係包含交替層積二層的銅層與鉬層的三層，鉬層所佔比例為10~60體積%，二層的銅層的厚度差為5%以下。在其他實施態樣中，包覆材係包含交替層積三層的銅層與鉬層的五層，鉬層所佔比例為20~70體積%，上下面的二層的銅層及鉬層的厚度差為5%以下。

此外，在本發明之LED發光元件保持基板用之包覆材之較適實施態樣中，板厚為0.05mm~0.2mm，表面粗糙度(Ra)為0.01~0.5μm。此外，亦可在表面形成厚度0.5~5μm的Ni鍍敷層、或Ni鍍敷層+Au鍍敷層。

在本發明之其他態樣中，提供一種包覆材的製造方法，其係上述LED發光元件保持基板用之包覆材的製造方法，其具備有：在層積包含不同材料的複數層後，以施加壓力4.9MPa以上14.7MPa以下、及溫度850℃以上1000℃以下，藉由熱間單軸加工法將層積體接合的步驟。在此，藉由前述熱間單軸加工法所為之接合係以在氮氣環境、氬氣環境、氦氣環境或真空中進行為佳。

此外，在本發明中，提供一種LED發光元件，其係以具備以下步驟的方法進行製造：(1)在單結晶成長基板的一主面上，使III-V族半導體結晶作磊晶成長的步驟；(2)將上述包覆材，透過金屬層而接合在III-V族半導體結晶面，藉由例如雷射照射、蝕刻或研削的任一方法，由背面去除單結晶成長基板的步驟；及(3)進行III-V族半導體結晶面的表面加工、電極形成後，進行切斷加工的步驟。在此，在一實施態樣中，單結晶成長基板選自包含單結晶藍寶石、單結晶碳化矽、單結晶GaAs、單結晶Si的群組，尤其，以選自包含AlN、SiC、GaN、GaAs的群組的材料予以塗敷。此外，在一實施態樣中，III-V族半導體結晶為GaN、GaAs、GaP的任一者。

本發明由於使用層積包含不同材料的複數層而成，線膨脹係數為14×10^-6/K以下，溫度25℃的熱傳導率為200W/mK以上的包覆材，因此可提供散熱性、可靠性優異之高輸出的LED發光元件。此外，本發明之LED發光元件保持基板用之包覆材在其較佳實施態樣中，由於可成為導電性，因此可在構成LED的III-V族半導體結晶的雙面形成電極。因此，可達成LED發光元件的製程減少、以及平均單位面積的發光量增加。

[實施發明之形態]

針對本發明之一實施形態之LED發光元件保持基板用之包覆材及其製造方法、以及使用該包覆材所形成的LED發光元件，說明如下。

以本發明之一實施形態中所使用的單結晶成長基板而言，必須為與在之後的步驟中作磊晶成長的III-V族半導體結晶的晶格常數的差小、且缺陷少的材料，由結晶性與均勻性方面來看，一般將單結晶材料加工來使用。該等單結晶成長基板係必須可承受使III-V族半導體結晶作磊晶成長的步驟中的溫度、氣體環境。因此，本發明之一實施形態中所使用的單結晶成長基板用的材料係以選自單結晶藍寶石、單結晶碳化矽、單結晶GaAs、單結晶Si的群組為佳。此外，本發明中所使用的單結晶成長基板較佳為以選自AlN、SiC、GaN、GaAs的群組的材料予以表面塗敷。

構成LED的III-V族半導體結晶若由作為LED發光元件的轉換效率來看，較佳為GaN、GaAs、GaP的任一者。該等III-V族半導體結晶係可得高發光效率，按照用途被分開使用。III-V族半導體結晶的選擇係因應每種用途的最適發光波長來進行。

在本發明之一實施形態中，首先，以磊晶成長，使III-V族半導體結晶成長在圓板狀或方形板狀等平板狀的單結晶成長基板的一主面上。III-V族半導體結晶的磊晶成長較佳為藉由有機金屬氣相成長法(MOCVD法)或氫化物氣相磊晶法(HVPE法)來進行。MOCVD法係適於使結晶性佳的III-V族半導體結晶成長，HVPE法係可結晶成長速度快且效率佳地使III-V族半導體結晶成長。該等方法為周知，實施條件可適當設定。磊晶成長的方法若為可使III-V族半導體結晶成長的方法，則並未限定於前述方法。

經磊晶成長的III-V族半導體結晶為了要使發光特性更加提升，亦可施行表面處理。此外，為了使結晶表面的均勻性等提升，亦有將表面蝕刻處理或研磨處理的情形。

在本發明之一實施形態中，係使包覆材接合在經磊晶成長的III-V族半導體結晶，因此，藉由蒸鍍法、濺鍍法等手法，在III-V族半導體結晶的表面形成金屬層。金屬層較佳為由銦、鋁、金、銀或該等之合金所形成。由於金屬的線熱膨脹係數與III-V族半導體結晶不同，因此金屬層的厚度若極端厚時，密接性會降低，而較不理想。若金屬層的熱傳導率較低時，由散熱方面來看，亦不理想。因此，金屬層的厚度較佳為0.5~10μm，更佳為0.5~2μm。

本發明之一實施形態之包覆材係層積包含不同材料的複數層而成，較佳為交替層積銅層與鉬層而形成。由於接合在III-V族半導體結晶，因此在該包覆材亦同樣地藉由蒸鍍法、濺鍍法等而在表面形成金屬層。金屬層係以由銦、鋁、金、銀或該等之合金形成為佳。包覆材所被要求的特性為：(1)具有可承受接合的強度；(2)在接合面不會有孔洞或異物等介在物，接合面為平坦。為了滿足(1)的條件，包覆材的3點彎曲強度必須為50MPa以上。為了滿足(2)的條件，包覆材的表面粗糙度(Ra)必須為0.5μm以下，較佳為0.01~0.5μm，更佳為0.01~0.2μm。

III-V族半導體結晶與包覆材的接合係在視需要進行加壓的同時，在對合接合面的狀態下加熱來進行。加熱溫度依金屬層的種類而異，一般為250℃~550℃。加壓的壓力一般為2~20MPa。

包覆材係與III-V族半導體結晶相接合來使用，因此兩材料的線熱膨脹係數的差小乃極為重要。因此，包覆材的線熱膨脹係數必須為14×10^-6/K以下，較佳為5~8×10^-6/K。若包覆材的線熱膨脹係數為14×10^-6/K以上，因與所接合的III-V族半導體結晶的線熱膨脹係數差，在接合後會發生翹曲，或在作為LED發光元件使用時，會發生接合層剝離，或有III-V族半導體結晶破裂的情形，而較不理想。此外，包覆材的線熱膨脹係數的下限值係若由例如銅與鉬之層形成包覆材時，由於鉬的線熱膨脹係數為5×10^-6/K，因此不會在其以下。

本發明之包覆材的線膨脹係數係即使包含第一材料之層的總膜厚、與包含第二材料之層的總膜厚相同，亦依其總數或各層的膜厚而改變。此係因為在各層熱膨脹時，會受到與其上或下鄰接存在的其他層的影響之故。亦即，包含具有更大的線膨脹係數的第一材料之層熱膨脹時，由於受到熱膨脹比此更小並與其上或下鄰接而存在之包含第二材料的層的影響，因此會在該熱膨脹被抑制的方向上發生應力。結果，可減小作為包覆材全體的線膨脹係數。

本發明之包覆材係成為LED發光元件的基底基板。透過該基板，將在III-V族半導體元件所發生的熱的大部分散熱，該基板係被要求高散熱特性。因此，包覆材在溫度25℃的熱傳導率為200W/mK以上。若熱傳導率小於200W/mK，無法將在III-V族半導體元件所發生的熱充分散熱，尤其在必須流通大電流的高輸出LED中，元件的溫度會上升，發光效率會降低，而隨之產生元件壽命降低，而較不理想。另一方面，關於熱傳導率的上限值，若例如由銅與鉬之層形成包覆材，銅的熱傳導率為390W/mK，並不會成為該值以上。

本發明之包覆材的熱傳導率係依包含第一材料之層的總膜厚、及包含第二材料之層的總膜厚所決定。亦即，若該等的總膜厚相同，則不依存於總數或其構成，而形成為相同的熱傳導率。此係因為各層的熱傳導係獨立產生，不會對其他層的熱傳導造成影響之故。

由散熱性方面來看，包覆材的板厚以薄者為佳。另一方面，必須要有可承受III-V族半導體元件的保持及LED發光元件製作時的處理等的強度，因此必須為一定的板厚。因此，包覆材的板厚係以0.05mm~0.2mm為佳。若包覆材的板厚超過0.2mm，LED發光元件的散熱特性會降低，而較不理想。此外，本發明之包覆材係在與III-V族半導體結晶相接合後，亦可藉由研磨等而薄板化，但是特性會改變，故較不理想。

在本發明中，在透過金屬層而將III-V族半導體結晶與包覆材相接合後，去除單結晶成長基板。單結晶成長基板的去除，一般係由基板側進行雷射照射來去除的方法。除此之外，亦可藉由研磨或蝕刻來去除單結晶成長基板。去除掉單結晶成長基板的III-V族半導體結晶面係視需要來進行表面的研磨、蝕刻，在修飾為所希望的表面形狀後，藉由蒸鍍法、濺鍍法等手法來形成電極。此外，藉由雷射切割或切割(dicing)而切斷成預定形狀來製造LED發光元件。

本發明之較佳實施形態之包覆材係交替層積銅層與鉬層所形成，包覆材本身具有導電性。因此，可在構成LED的III-V族半導體結晶的雙面形成電極。若使用藍寶石基板等絕緣材料作為基板時，必須利用蝕刻等來去除上部的p型或n型的III-V族半導體結晶的一部分，而在同一面側形成電極。在本發明中，可減少LED發光元件的製程。此外，由於不需要利用蝕刻等來去除p型或n型的其中一方III-V族半導體結晶的一部分而形成電極，因此可使LED發光元件的每單位面積的發光量增加。本發明之一實施形態之包覆材的體積固有電阻係以10^-9~10^-5 Ω．m為佳。若體積固有電阻超過10^-5 Ω．m，會發生發光效率降低等，較不理想。體積固有電阻的下限值雖然沒有在特性面上的限制，但是由材料組成來看，一般為10^-9 Ω．m以上。

以下說明製造包覆材的方法。包覆材係藉由將包含第一材料之層或包含第二材料之層，以施加壓力4.9MPa以上14.7MPa以下、及溫度850℃以上1000℃以下，藉由熱間單軸加工法進行接合來製造。

藉由該製造方法，將形成為預定膜厚之包含第一材料之層或包含第二材料之層，以高溫朝單一方向(膜厚方向)施加壓力，藉此進行層積，即所謂的熱壓法形成。此時，以氣體環境而言，尤其在使用銅作為第一材料時，銅係非常容易氧化的材料，因此以無氧狀態為佳。因此，以在氮氣環境、氬氣環境、氦氣環境、或真空中進行以上步驟為佳。

在各層的表面亦可為了容易進行該層積而先形成鍍敷層，但是鍍敷層會造成熱傳導率降低，因此以不形成為佳。但是，若使用該包覆材作為散熱基板，在該最上層與最下層將其他物質軟焊或硬焊來進行接合時，在成為最上層與最下層之層預先形成鍍敷層，藉此可輕易進行該接合，故較為理想。

藉由熱間單軸加工法所為之接合時的溫度為850℃以上、1000℃以下。若低於850℃時，接合成為不良而發生剝離。若高於1000℃時，若使用銅作為第一材料，銅會熔融。

藉由熱間單軸加工法所為之接合時的施加壓力為4.9MPa以上19.7MPa以下。若小於4.9MPa，接合會成為不良而發生剝離。若大於19.7MPa時，尤其使用銅作為第一材料時，經軟化的銅在加壓時會大幅伸展，因此不易形成為預定的膜厚構成。此外，為了接合後的包覆材的脫模性，在衝壓工模係必須塗布BN粉等脫模劑。

此外，包覆材中的最上層與最下層由於與其鄰接之層僅存在於單側，因此由減小線膨脹係數的觀點來看，在該等層係以使用第二材料為佳，但是由於該等層係直接進行硬焊或鍍敷之層，因此以可更為輕易進行該等的材料而言，以使用第一材料的銅為更佳。

包含第二材料之層係具有小於包含第一材料之層的熱傳導率，因此若包含第二材料之層的總膜厚變大時，該包覆材的熱傳導率會變小。因此，只要線膨脹係數未變大，以減小包含第二材料之層的總膜厚為佳。

在較佳之一實施形態中，本發明之包覆材係包含使二層的銅層與鉬層交替層積的三層，鉬層所佔比例以10~60體積%為佳。若鉬層所佔比例未達10體積%，線熱膨脹係數會變大，而較不理想，若超過60體積%，則熱傳導率變低，而較不理想。此外，二層的銅層的厚度差以5%以下為佳。若二層的銅層的厚度差超過5%，會發生翹曲，故較不理想。

此外，在其他較佳之實施形態中，本發明之包覆材係包含使三層的銅層與二層的鉬層交替層積的五層，鉬層所佔比例以20~70體積%為佳。若鉬層所佔比例未達20體積%，線熱膨脹係數變大而較不理想，若超過70體積%，則熱傳導率變低而較不理想。此外，上下面的銅層的厚度差及鉬層的厚度差以5%以下為佳。若上下面的銅層的厚度差及鉬的厚度差超過5%，會發生翹曲，故較不理想。

此外，所得的包覆材係在表層殘留脫模劑，必須利用砂紙進行去除、或僅使用HNO₃來進行蝕刻。

本發明之包覆材的特性係如上所述依包含第一材料之層及包含第二材料之層的厚度而改變，因此在熱壓後無法進行面加工。因此，必須以各層的總厚度的合計為0.05~0.2mm的方式，來選定各層的厚度。

接著說明所得包覆材之加工方法之例。所得的包覆材的機械加工容易進行，例如可使用衝壓法。亦可進行以噴水加工機、放電加工機、雷射加工機、切割機等的加工。在外形加工成預定尺寸後，進行洗淨處理。

此外，在表面形成厚度0.5~5μm的Ni鍍敷層、或Ni鍍敷層+Au鍍敷層。在鍍敷處理係使用無電解鍍敷法或電鍍法。若鍍敷層厚度小於0.5μm，會產生針孔，耐藥品性會降低而較不理想。另一方面，若鍍敷層厚度超過5.0μm，會發生熱傳導特性降低、或電阻增加等而較不理想。

[實施例] (實施例1) <LED發光元件保持基板用之包覆材的製作>

備妥直徑200mm、厚度90μm的銅板(純度99.9%)(第1圖中的81)、與直徑200mm、厚度20μm的鉬板(純度99.9%)(第1圖中的82)。交替層積二層的銅板與鉬板，夾入在塗布有BN脫模劑的直徑200mm的石墨板而形成為層積體。

將所得層積體安置在熱壓機，在真空氣體環境中，以溫度950℃、1小時、施加壓力9.8MPa來進行熱壓。冷卻至室溫，取出後，以砂紙去除BN脫模劑，而得直徑200mm×0.2mm、表面粗糙度(Ra)0.1μm的包覆材(第1圖中的8)。另外，實施例1為參考例。

由所得的包覆材，製作出線熱膨脹係數測定用試驗體(3mm×10mm)、熱傳導率測定用試驗體(25mm×25mm)、體積固有電阻測定用試驗體(50mm×50mm)。使用各個試驗體，分別以熱膨脹計(SEIKO電子工業公司製；TMA 300)測定溫度25℃~150℃的線熱膨脹係數，以雷射閃光法(ULVAC公司製；TC3000)測定在溫度25℃的熱傳導率，以4端子法(依據JIS R1637)測定體積固有電阻。結果，溫度25℃~150℃的線熱膨脹係數為12.7×10^-6/K，在溫度25℃的熱傳導率為265W/mK，體積固有電阻為5×10^-8 Ω．m。

將上述包覆材，使用衝壓法，進行加工成外形 50.8mm，在純水中及接著在異丙醇中進行超音波洗淨而使其乾燥。在該加工包覆材進行無電解Ni-P及電氣Au鍍敷，在表面形成1.3μm(Ni-P：1μm+Au：0.3μm)的鍍敷層，製作出經鍍敷的包覆材。

<LED發光元件的製作>

在板厚為0.5mm的單結晶藍寶石基板(第2圖中的1)上，使用氨氣與三甲基鎵，使用氫與氮的混合氣體作為載體氣體，在溫度1100℃下藉由MOCVD法，使以下(1)~(4)的GaN單結晶成長成4μm的厚度。在第2圖中顯示構造。

(1)n型GaN緩衝層2

(2)n型GaN半導體層3

(3)GaN活性層(發光層)4

(4)p型GaN半導體層5

接著，在p型GaN半導體層的表面，以真空蒸鍍法，將銀/錫合金(第2圖中的金屬層6)蒸鍍成2μm的厚度。另一方面，在LED發光元件保持基板用之包覆材8的單側的表面亦以同樣的方法將銀/錫合金(第2圖中的金屬層7)蒸鍍成2μm的厚度。將兩基板層積成如銀/錫合金層相接的第2圖般，以溫度400℃，在5Mpa的加壓下，保持5分鐘來進行接合。所得的接合體係由藍寶石基板側，以成為輸出40MW/cm²的方式照射氮氣雷射，將藍寶石基板1剝離。藉由雷射照射，n型GaN緩衝層被分解成Ga與氮，藉由所發生的氮氣，可將藍寶石基板1剝離。

之後，在藉由蝕刻來去除露出於表面的n型GaN緩衝層(第2圖中的2)後，如第3圖所示，形成氧化銦錫的透明導電體層(第3圖中的9)。之後，蒸鍍Au作為n型電極，藉由切割，形成為各個LED發光元件。確認出所得的LED發光元件係藉由來自保持基板的散熱，抑制因元件溫度上升所造成的發光效率降低。

(實施例2~6) <LED發光元件保持基板用之包覆材的製作>

備妥直徑200mm、表1所示厚度的銅板(純度99.9%)(第1圖中的81)、與直徑200mm、表1所示厚度的鉬板(純度99.9%)(第1圖中的82)。交替層積二層的銅板與鉬板，夾入在塗布有BN脫模劑的直徑200mm的石墨板而形成為層積體。

將所得的層積體安置在熱壓機，在真空氣體環境中，以溫度900℃、1小時、施加壓力11.8Mpa進行熱壓。冷卻至室溫，取出後，以砂紙去除BN脫模劑，而得直徑200mm、表1所示厚度、表面粗糙度(Ra)的包覆材(第1圖中的8)。另外，實施例2、3為參考例。

由所得的包覆材，製作出線熱膨脹係數測定用試驗體(3mm×10mm)、熱傳導率測定用試驗體(25mm×25mm)、體積固有電阻測定用試驗體(50mm×50mm)。使用各個試驗體，分別以熱膨脹計(SEIKO電子工業公司製； TMA300)測定出溫度25℃~150℃的線熱膨脹係數，以雷射閃光法(ULVAC公司製；TC3000)測定出在溫度25℃的熱傳導率，以4端子法(依據JIS R1637)測定出體積固有電阻。將所得的溫度25℃~150℃的線熱膨脹係數、在溫度25℃的熱傳導率、體積固有電阻顯示於表1。

<LED發光元件的製作>

接著記載使用實施例2~6的LED發光元件保持基板用之包覆材的LED發光元件的製作例。

在板厚為0.5mm的單結晶Si基板(第4圖中的11)上，以CVD法形成SiC層(第4圖中的10)2μm，而製作成長基板(第4圖中的1)後，使用氨氣與氯化鎵，使用氫氣作為載體氣體，以溫度1050℃，藉由HVPE法，使(1)~(3)的GaN單結晶成長為4μm的厚度。

(1)n型GaN半導體層3

(2)GaN活性層(發光層)4

(3)p型GaN半導體層5

接著，在p型GaN半導體層的表面，以真空蒸鍍法，將銀蒸鍍成0.5μm的厚度後，將Au/錫合金蒸鍍成1.5μm的厚度。另一方面，在實施例13~19的LED發光元件保持基板用之包覆材的單側的表面亦以同樣的方法，將Au/錫合金蒸鍍成1.5μm的厚度。將兩基板層積成如Au/錫合金層(第4圖中的7)相接的第4圖般，以溫度500℃，在5MPa的加壓下保持5分鐘進行接合。所得的接合體係在藉由酸處理來將單結晶Si層進行蝕刻去除後，藉由研削加工來完全去除SiC層。

之後，將所露出的n型GaN層表面藉由蝕刻進行表面粗化後，形成氧化銦錫的透明導電體層。接著，將Au進行蒸鍍來作為n型電極，藉由雷射加工而形成為各個LED發光元件。確認出所得的LED發光元件係藉由來自保持基板的散熱，來抑制因元件溫度上升所造成之發光效率降低。

(實施例7) <LED發光元件保持基板用之包覆材的製作>

備妥直徑200mm、厚度0.02mm的銅板(純度99.9%)、與直徑200mm、厚度0.02mm的鉬板(純度99.9%)。交替層積三層銅板(第5圖中的81)與二層鉬板(第5圖中的82)，夾入在塗布有BN脫模劑的直徑200mm的石墨板而形成為層積體。

將所得層積體安置在熱壓機，在真空氣體環境中，以溫度1000℃，1小時，施加壓力14.7MPa進行熱壓。冷卻至室溫，取出後，以砂紙去除BN脫模劑，而得直徑200mm×0.1mm、表面粗糙度(Ra)0.08μm的包覆材。

由所得的包覆材，製作出線熱膨脹係數測定用試驗體(3mm×10mm)、熱傳導率測定用試驗體(25mm×25mm) 、體積固有電阻測定用試驗體(50mm×50mm)。使用各自的試驗體，以熱膨脹計(SEIKO電子工業公司製；TMA300)測定出溫度25℃~150℃的線熱膨脹係數，以雷射閃光法(ULVAC公司製；TC3000)測定出在溫度25℃的熱傳導率，以4端子法(依據JIS R1637)測定出體積固有電阻。將所得的溫度25℃~150℃的線熱膨脹係數、在溫度25℃的熱傳導率、體積固有電阻一併顯示於前述表1。

[產業上之可利用性]

本發明之LED發光元件保持基板用之包覆材係與構成LED的III-V族半導體結晶的線熱膨脹率的差小、高熱傳導性的保持基板，可提供散熱性、可靠性優異的高輸出的LED發光元件。此外，本發明之LED發光元件保持基板用之包覆材係對於在LED發光元件製造時所被使用的酸及鹼溶液的耐藥品性優異且可形成為導電性，可在構成LED的III-V族半導體結晶的雙面形成電極。因此，可達成LED發光元件的製程減少、以及每單位面積的發光量增加，有效作為LED發光元件用的保持基板。

1‧‧‧成長基板

2‧‧‧被形成在成長基板上的氮化物的緩衝層

3‧‧‧n型III-V族半導體層

4‧‧‧發光層

5‧‧‧p型III-V族半導體層

6‧‧‧金屬層(反射層)

7‧‧‧金屬層

8‧‧‧LED發光元件保持基板用之包覆材

9‧‧‧透明導電層

10‧‧‧表面塗敷層

11‧‧‧基材

81‧‧‧銅板

82‧‧‧鉬板

第1圖係本發明之一實施形態之LED發光元件保持基板用之包覆材的概略側剖面圖。

第2圖係顯示使用第1圖的包覆材來形成本發明之一實施形態之LED發光元件的狀態圖，顯示去除單結晶成長基板前的狀態的概略側剖面圖。

第3圖係顯示由第2圖的狀態去除單結晶成長基板後的LED發光元件的概略側剖面圖。

第4圖係顯示本發明之其他實施形態之LED發光元件的概略剖面圖。

第5圖係本發明之其他實施形態之LED發光元件保持基板用之包覆材的概略側剖面圖。

8‧‧‧LED發光元件保持基板用之包覆材

81‧‧‧銅板

82‧‧‧鉬板

Claims

一種包覆材，其係層積包含不同材料的複數層而成，透過金屬層而被接合在III-V族半導體結晶面的LED發光元件保持基板用之包覆材，其中線膨脹係數為14×10^-6/K以下，溫度25℃的熱傳導率為200W/_mK以上，表面粗糙度(Ra)為0.01~0.09μm。
如申請專利範圍第1項之LED發光元件保持基板用之包覆材，其係交替層積銅層與鉬層而成。
如申請專利範圍第1或2項之LED發光元件保持基板用之包覆材，其包含交替層積二層的銅層與鉬層的三層，鉬層所佔比例為10~60體積%，二層的銅層的厚度差為5%以下。
如申請專利範圍第1或2項之LED發光元件保持基板用之包覆材，其包含交替層積三層的銅層與鉬層的五層，鉬層所佔比例為20~70體積%，上下面的二層的銅層及鉬層的厚度差為5%以下。
如申請專利範圍第1或2項之LED發光元件保持基板用之包覆材，其板厚為0.05mm~0.2mm。
如申請專利範圍第1或2項之LED發光元件保持基板用之包覆材，其在表面形成有厚度0.5~5μm的Ni鍍敷層、或Ni鍍敷層+Au鍍敷層而成。
如申請專利範圍第2項之LED發光元件保持基板用之包覆材，其銅及鉬之純度為至少99.9%。
如申請專利範圍第1或2項之LED發光元件保持基板用之包覆材，其體積固有電阻為10^-9~10^-5Ω‧_m。
一種包覆材的製造方法，其係如申請專利範圍第1至8項中任一項之LED發光元件保持基板用之包覆材的製造方法，其具備有：在層積包含不同材料的複數層後，以施加壓力4.9MPa以上14.7MPa以下、及溫度850℃以上1000℃以下，藉由熱間單軸加工法將層積體接合的步驟。
如申請專利範圍第9項之包覆材的製造方法，其係在氮氣環境、氬氣環境、氦氣環境或真空中進行藉由前述熱間單軸加工法所為之接合。
一種LED發光元件，其係以具備以下步驟的方法來製造：(1)在單結晶成長基板的一主面上，使III-V族半導體結晶作磊晶成長的步驟；(2)將如申請專利範圍第1至8項中任一項之包覆材，透過金屬層而接合在III-V族半導體結晶面，由背面去除單結晶成長基板的步驟；及(3)進行III-V族半導體結晶面的表面加工、電極形成後，進行切斷加工的步驟。
如申請專利範圍第11項之LED發光元件，其中單結晶成長基板選自包含單結晶藍寶石、單結晶碳化矽、單結晶GaAs、單結晶Si之群組。
如申請專利範圍第12項之LED發光元件，其中單結晶成長基板以選自包含AlN、SiC、GaN、GaAs之群組的材料予以塗敷。
如申請專利範圍第11至13項中任一項之LED發光元件，其中III-V族半導體結晶為GaN、GaAs、GaP之任一者。