JP2017067993A - 基板の製造方法及びそれによって得られた基板並びに発光装置の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
LEDが作製可能な単結晶基板に無機質の光変換層を直接接合した基板を製造する方法として例えば、ホットプレスで接合する方法(特許文献4)、表面を活性化させて接合する方法(特許文献5)などが知られており、いずれも一旦セラミックス複合体を作製し、その後にLEDが作製可能な単結晶基板に接合する方法がとられている。
まず、本発明の基板の製造方法について述べる。
本発明の基板の製造方法は、発光ダイオード(LED)を作製可能な結晶基板上に、2種以上の結晶相が連続的にかつ三次元的に相互に絡み合った組織を有するセラミックス複合体を積層する基板の製造方法である。
具体的には、本発明の第1実施形態に係る製造方法は、セラミックス複合体の原料を前記結晶基板の融点よりも低くなるように調整する原料調整工程と、前記結晶基板と前記原料とを積層する原料積層工程と、前記原料が熔融して前記結晶基板と一体になるように、前記原料を加熱する加熱工程と、前記熔融した原料を冷却し、結晶化したセラミックス複合体を得る冷却工程を備える。
セラミックス複合体の原料は、以下の方法によって調製することができる。まず、原料粉末を、所望する組成比率のセラミックス複合体が生成する割合で混合して、原料混合粉末を得る。このとき、原料混合粉末は、セラミックス複合体が、結晶基板の融点よりも低くなるように組成調整される。セラミックス複合体の融点が結晶基板の融点よりも高いと、後述する加熱工程において、結晶基板が先に熔融してしまうため好ましくない。
次に、調整したセラミックス複合体の原料混合粉末又は原料シートを結晶基板の上に敷き詰め、坩堝に入れ、電気炉に設置し、昇温して焼成を行い、セラミックス複合体の融液を形成し、その後冷却することでセラミックス複合体を結晶基板上で結晶化させる。
本発明で使用される単結晶育成炉は、チャンバー1内に加熱ヒーター3が設置してあり、雰囲気の制御が可能である。加熱ヒーター3の内部には、坩堝5を上下させる軸7が設置してある。軸7の上部に坩堝5を設置し、その中でセラミックス複合体の原料混合粉末9と結晶基板11を加熱し熔融する。坩堝5を加熱ヒーター3の内部から引き出すことで温度を下げ、融液となっていたセラミックス複合材料を結晶化させる。坩堝5を引き出しながら結晶化させると一方向凝固が起こる。
また、本発明の第2実施形態に係る製造方法は、結晶基板と原料セラミックス複合体とを積層する原料積層工程と、前記原料セラミックス複合体が熔融して前記結晶基板と一体になるように、前記原料セラミックス複合体を加熱する加熱工程と、前記熔融した原料セラミックス複合体を冷却し、結晶化したセラミックス複合体を得る冷却工程とを備える。
本発明においては、結晶基板上に積層する原料として、加熱により熔融し冷却することでセラミックス複合体を形成する原料混合粉末(上記第1実施形態)のみならず、セラミックス複合体そのもの、具体的には、セラミック複合体の固まり、セラミックス複合体を砕いたもの、及び更に細かくして粉末にしたものを用いることも可能である。
以上のような本発明の製造方法によって作製された基板の概略を図3に示す。11が結晶基板であり、12が結晶化したセラミックス複合体である。
結晶基板としては、LEDが作製可能な単結晶基板が好ましく、共晶を形成する組成系に属するセラミックス複合体を構成する結晶相のいずれか一つと同一の結晶構造を有する結晶相であることが特に好ましい。共晶系を形成できる結晶としては、Al2O3(サファイア)が好適である。
本発明に用いられるセラミックス複合体自体は、例えば、特許第3216683号公報、特許第3412381号公報、特許第4609319号公報及び特開2000−272955号公報などに具体的に開示されている、それ自体公知の、2種以上の結晶相が連続的にかつ三次元的に相互に絡み合った組織を有するセラミックス複合体が好ましく用いられる。このセラミックス複合体は、高温における機械的性質が良好な高温構造材料、光変換部材、その他の機能材料として好適に使用することのできるセラミックス複合体である。
本発明の発光装置の製造方法は、前記基板の製造方法によって得られた基板と、前記第1結晶相を成す蛍光体が励起される光を照射可能な発光素子とから構成される発光装置を製造する方法であって、冷却されて結晶化した前記セラミックス複合体を備える基板に、前記発光素子を装着する素子装着工程を備える。
α−Al2O3粉末(純度99.99%)とY2O3粉末(純度99.999%)をモル比で82:18となるよう、またCeO2粉末(純度99.99%)を仕込み酸化物の反応により生成するY3Al5O121モルに対し0.01モルとなるよう秤量した。これらの粉末をエタノール中、ボールミルによって16時間湿式混合した後、エバポレーターを用いてエタノールを脱媒して原料混合粉末を得た。
なお、実施例1においては、サファイア基板とセラミックス複合体との界面にYAG相の層が在る構成が示されているが、本発明の製造方法によれば、この構造に限らず、セラミックス複合体を構成する2種以上の結晶層がそれぞれ基板と接する構造を得ることも可能である。
3 加熱ヒーター
5 坩堝
7 軸
9 セラミックス複合体の原料混合粉末
11 結晶基板
12 セラミックス複合体
Claims (11)
- 結晶基板と2種以上の結晶相が相互に絡み合った組織を有するセラミックス複合体とが積層された基板の製造方法であって、
前記セラミックス複合体の原料を前記結晶基板の融点よりも低くなるように調整する原料調整工程と、
前記結晶基板と前記原料とを積層する原料積層工程と、
前記原料が熔融して前記結晶基板と一体になるように、前記原料を加熱する加熱工程と、
前記熔融した原料を冷却し、結晶化したセラミックス複合体を得る冷却工程と、
を備えることを特徴とする基板の製造方法。 - 結晶基板と2種以上の結晶相が相互に絡み合った組織を有するセラミックス複合体とが積層された基板の製造方法であって、
前記結晶基板と原料セラミックス複合体とを積層する原料積層工程と、
前記原料セラミックス複合体が熔融して前記結晶基板と一体になるように、前記原料セラミックス複合体を加熱する加熱工程と、
前記熔融した原料セラミックス複合体を冷却し、結晶化したセラミックス複合体を得る冷却工程と、
を備えることを特徴とする基板の製造方法。 - 前記セラミックス複合体は、共晶を形成する組成系に属する結晶相を含み、
前記セラミックス複合体を構成する結晶相のいずれか一つは、前記結晶基板を構成する結晶相と同一の組成かつ結晶構造であることを特徴とする請求項1又は2記載の基板の製造方法。 - 前記結晶基板を構成する結晶相が単結晶であることを特徴とする請求項1乃至3いずれかに記載の基板の製造方法。
- 前記結晶基板を構成する結晶相が、前記セラミックス複合体を構成する結晶相のうち最も高い融点を持つ結晶相と同一の結晶構造を有する結晶相であることを特徴とする請求項1乃至4いずれかに記載の基板の製造方法。
- 前記セラミックス複合体は、蛍光を発する第1結晶相を含み、前記セラミックス複合体が受光した光の一部を受光した光とは異なる波長の光に変換する光変換用セラミックス複合体であることを特徴とする請求項1乃至5いずれかに記載の基板の製造方法。
- 前記セラミックス複合体が、Ln3Al5O12(LnはY、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb及びLuの少なくとも一つの元素である。)相からなる前記第1結晶相と、Al2O3からなる第2結晶相とから構成されることを特徴とする請求項1乃至6いずれかに記載の基板の製造方法。
- 前記結晶基板が、Al2O3からなる結晶相から構成されることを特徴とする請求項1乃至7いずれかに記載の基板の製造方法。
- 請求項1乃至8いずれかに記載の基板の製造方法によって得られたことを特徴とする基板。
- Al2O3からなる結晶相から構成された結晶基板上に、Ln3Al5O12(LnはY、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb及びLuの少なくとも一つの元素である。)相からなる第1結晶相と、Al2O3からなる第2結晶相から構成されるセラミックス複合体を積層した基板であって、
前記結晶基板と前記セラミックス複合体との境界が、Ln3Al5O12(LnはY、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb及びLuの少なくとも一つの元素である。)相からなることを特徴とする基板。 - 請求項6乃至8いずれかに記載の基板の製造方法によって得られた基板と、前記第1結晶相を成す蛍光体が励起する光を照射可能な発光素子とから構成される発光装置を製造する方法であって、
冷却されて結晶化した前記セラミックス複合体を備える基板に、前記発光素子を装着する素子装着工程を備えることを特徴とする発光装置の製造方法。
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