特許 6672674 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

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6672674

(24)【登録日】2020年3月9日

(45)【発行日】2020年3月25日

(54)【発明の名称】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

(51)【国際特許分類】

   G02B 5/20 20060101AFI20200316BHJP

   H01L 33/02 20100101ALI20200316BHJP

   C09K 11/80 20060101ALI20200316BHJP

【ＦＩ】

   G02B5/20

   H01L33/02

   C09K11/80CPM

【請求項の数】11

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2015-192815(P2015-192815)

(22)【出願日】2015年9月30日

(65)【公開番号】特開2017-67993(P2017-67993A)

(43)【公開日】2017年4月6日

【審査請求日】2018年8月22日

(73)【特許権者】

【識別番号】000000206

【氏名又は名称】宇部興産株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001612

【氏名又は名称】きさらぎ国際特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】坂田 信一

(72)【発明者】

【氏名】吉村 正文

【審査官】 辻本 寛司

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１３−０１８９８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−０３６３４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２００７／０１８２２２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２００６／００１３１６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１１−２１６５４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２００６／０４３７１９（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０２Ｂ ５／２０

Ｃ０９Ｋ １１／８０

Ｈ０１Ｌ ３３／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

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は、共晶を形成する組成系に属する結晶相を含み、
前記セラミックス複合体を構成する結晶相のいずれか一つは、前記結晶基板を構成する結晶相と同一の組成かつ結晶構造であり、
前記セラミックス複合体の原料を前記結晶基板の融点よりも低くなるように調整する原料調整工程と、
前記結晶基板と前記原料とを積層する原料積層工程と、
前記原料を溶融させ、前記結晶基板を溶融させない状態に前記原料を加熱することによって、前記結晶基板上にセラミックス複合体の融液を形成し、前記融液との界面部分の前記結晶基板を、共晶組成として熔融させて前記融液と一体にする加熱工程と、
前記融液を冷却して、共晶の関係にある結晶相のみを生成させ、結晶化したセラミックス複合体を得る冷却工程とを備えることを特徴とする基板の製造方法。

【請求項2】

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は、共晶を形成する組成系に属する結晶相を含み、
前記セラミックス複合体を構成する結晶相のいずれか一つは、前記結晶基板を構成する結晶相と同一の組成かつ結晶構造であり、
前記結晶基板と、セラミック複合体の固まり、セラミックス複合体を砕いたもの、及び更に細かくして粉末にしたものから選択される原料セラミックス複合体とを積層する原料積層工程と、
前記原料セラミックス複合体を溶融させ、前記結晶基板を溶融させない状態に前記原料セラミックス複合体を加熱することによって、前記結晶基板上に原料セラミックス複合体の融液を形成し、前記融液との界面部分の前記結晶基板を、共晶組成として熔融させて前記融液と一体にする加熱工程と、
前記融液を冷却して、共晶の関係にある結晶相のみを生成させ、結晶化したセラミックス複合体を得る冷却工程とを備えることを特徴とする基板の製造方法。

【請求項3】

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又は２記載の基板の製造方法。

【請求項4】

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３いずれかに記載の基板の製造方法。

【請求項5】

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４いずれかに記載の基板の製造方法。

【請求項6】

前記セラミックス複合体が、Ｌｎ_３Ａｌ_５Ｏ_１２（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、Ａｌ_２Ｏ_３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５記載の基板の製造方法。

【請求項7】

前記結晶基板が、Ａｌ_２Ｏ_３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６いずれかに記載の基板の製造方法。

【請求項8】

前記加熱の温度は１８２０〜２０００℃である請求項７記載の基板の製造方法。

【請求項9】

請求項３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。

【請求項10】

請求項３乃至５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であって、
Ａｌ_２Ｏ_３からなる結晶相から構成された結晶基板上に、Ｌｎ_３Ａｌ_５Ｏ_１２（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、Ａｌ_２Ｏ_３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、Ｌｎ_３Ａｌ_５Ｏ_１２（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11】

請求項５及び６、並びに請求項５又は６を引用する請求項７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。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ディスプレイ、照明、バックライト光源等に利用できる発光ダイオード用の基板の製造方法及びそれによって得られた基板並びに発光装置の製造方法に関する。具体的には、光変換機能、光散乱機能を有した発光ダイオード用の基板の製造方法及びそれによって得られた基板並びに発光装置の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、窒化物系化合物半導体を用いた発光ダイオードを発光源とする白色発光ダイオード（ＬＥＤ）が広く普及を始めている。白色ＬＥＤは、高効率、長寿命、軽量、水銀フリーであるため、エネルギー・環境の観点から優れた光源である。さらに近年、これらの光源は、自動車のヘッドライト、野外球場、体育館等の照明にも活用が検討されている。これらの照明は、従来よりも高い輝度や高い光量が求められるので、ＬＥＤに投入するエネルギーが増大する。しかし、その結果、ＬＥＤの発熱が大きくなり、従来ＬＥＤの製造に用いられてきた樹脂材料を用いることが難しくなっている。

【0003】

従来の白色ＬＥＤで特に熱の影響を受ける部分は、樹脂と蛍光体粉末を混合した光変換層の部分である。この部分は、ＬＥＤ素子の直上に存在し、ＬＥＤ素子の熱と蛍光体の光変換に伴う発熱の影響を受けるため、高輝度、高光量のＬＥＤでは樹脂材料が耐えられない。

【0004】

この問題の解決には、光変換層の無機化が有効である。光変換層を無機化する方法として、ガラスに蛍光体を分散した光変換層（特許文献１）、セラミックス複合体を用いる光変換層（特許文献２）、焼結体の光変換層を用いる方法（特許文献３）等が提案されている。

【0005】

さらに、前記光変換層をＬＥＤに接続する際に使用する樹脂も使用することが難しくなる。この解決方法の一つとして、ＬＥＤが作製可能な単結晶基板に無機質の光変換層を直接接合した基板を用いる方法が開示されている。この方法では、素子の放熱経路を使って、光変換層の発熱を逃がすことが可能であり優れた方法であると言える。この基板を用いてＬＥＤを作製すると、完全に無機化した白色ＬＥＤを作製することが可能である。
ＬＥＤが作製可能な単結晶基板に無機質の光変換層を直接接合した基板を製造する方法として例えば、ホットプレスで接合する方法（特許文献４）、表面を活性化させて接合する方法（特許文献５）などが知られており、いずれも一旦セラミックス複合体を作製し、その後にＬＥＤが作製可能な単結晶基板に接合する方法がとられている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２００３−２５８３０８号公報

【特許文献2】特許第４６０９３１９号公報

【特許文献3】特開２００６−５３６７号公報

【特許文献4】特許第５０２９３６２号公報

【特許文献5】特開２０１１−２１６５４３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

しかしながら、特許文献４及び５に記載の方法は、製造工程が長くなりコストが高くなるという問題がある。

【0008】

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、無機材料の光変換層を作製した後に、光変換層をＬＥＤが作製可能な単結晶基板に接合する方法ではなく、ＬＥＤが作製可能な単結晶基板の上で光変換層を作製する方法、すなわち、無機材料の光変換層部分を作製するのと同時に接合まで完了させて、光変換機能のついた、ＬＥＤが作製可能な基板を簡単に得ることができる基板の製造方法及びそれによって得られた基板並びに発光装置の製造方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明者らは、以上の目的を達成するために、鋭意検討した結果、単結晶基板上に、セラミックス複合体の融液を形成し、結晶化させることで、セラミックス複合体と単結晶基板が直接接合した基板を作製することが可能であることを知見し、セラミックス複合体層の作製と同時に、セラミックス複合体とＬＥＤが作製可能な単結晶基板が完全に密着した基板が作製できることを見出し、本発明に至った。

【0010】

すなわち、本発明は、結晶基板と２種以上の結晶相が相互に絡み合った組織を有するセラミックス複合体とが積層された基板の製造方法であって、前記セラミックス複合体の原料を前記結晶基板の融点よりも低くなるように調整する原料調整工程と、前記結晶基板と前記原料とを積層する原料積層工程と、前記原料が熔融して前記結晶基板と一体になるように、前記原料を加熱する加熱工程と、前記熔融した原料を冷却し、結晶化したセラミックス複合体を得る冷却工程と、を備えることを特徴とする基板の製造方法に関する。

【0011】

また、本発明は、結晶基板と２種以上の結晶相が相互に絡み合った組織を有するセラミックス複合体とが積層された基板の製造方法であって、前記結晶基板と原料セラミックス複合体とを積層する原料積層工程と、前記原料セラミックス複合体が熔融して前記結晶基板と一体になるように、前記原料セラミックス複合体を加熱する加熱工程と、前記熔融した原料セラミックス複合体を冷却し、結晶化したセラミックス複合体を得る冷却工程と、を備えることを特徴とする基板の製造方法に関する。

【0012】

また、本発明は、前記基板の製造方法によって得られたことを特徴とする基板に関する。

【0013】

また、本発明は、前記基板の製造方法によって得られた基板と、Ｌｎ_３Ａｌ_５Ｏ_１２（ＬｎはＹ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ及びＬｕの少なくとも一つの元素である。）相からなる第１結晶相を成す蛍光体が励起される光を照射可能な発光素子とから構成される発光装置を製造する方法であって、冷却されて結晶化した前記セラミックス複合体を備える基板に、前記発光素子を装着する素子装着工程を備えることを特徴とする発光装置の製造方法に関する。

【発明の効果】

【0014】

以上のように、本発明によれば、無機材料の光変換層部分を作製するのと同時に接合まで完了させて、光変換機能のついた、ＬＥＤが作製可能な基板を簡単に得ることができる基板の製造方法及びそれによって得られた基板並びに発光装置の製造方法を提供することができる。

【0015】

本発明の方法で基板上に作製される光変換層は、ＬＥＤが作製可能な単結晶基板に完全に密着しているので、光変換層からの単結晶基板へ熱が拡散し易く、過酷な発熱を伴うＬＥＤには好適である。さらに、セラミックス複合体を形成する際に、ＬＥＤが作製可能な単結晶基板との接合が完了するので、工程が簡略化される。また、この基板を利用してＬＥＤを作製すると、そのまま、例えば、白色ＬＥＤになるので、製造コストの低減に役立つ。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】共晶系の相平衡図の例を示す図である。

【図2】坩堝が設置された単結晶育成炉の真空チャンバーの概略図である。

【図3】本発明の製造方法によって作製された基板の概略図である。

【図4】実施例１における試料中央の極点測定を行った結果を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

＜基板の製造方法＞
まず、本発明の基板の製造方法について述べる。
本発明の基板の製造方法は、発光ダイオード（ＬＥＤ）を作製可能な結晶基板上に、２種以上の結晶相が連続的にかつ三次元的に相互に絡み合った組織を有するセラミックス複合体を積層する基板の製造方法である。

【0018】

（第１実施形態）
具体的には、本発明の第１実施形態に係る製造方法は、セラミックス複合体の原料を前記結晶基板の融点よりも低くなるように調整する原料調整工程と、前記結晶基板と前記原料とを積層する原料積層工程と、前記原料が熔融して前記結晶基板と一体になるように、前記原料を加熱する加熱工程と、前記熔融した原料を冷却し、結晶化したセラミックス複合体を得る冷却工程を備える。

【0019】

（原料調整工程）
セラミックス複合体の原料は、以下の方法によって調製することができる。まず、原料粉末を、所望する組成比率のセラミックス複合体が生成する割合で混合して、原料混合粉末を得る。このとき、原料混合粉末は、セラミックス複合体が、結晶基板の融点よりも低くなるように組成調整される。セラミックス複合体の融点が結晶基板の融点よりも高いと、後述する加熱工程において、結晶基板が先に熔融してしまうため好ましくない。

【0020】

本発明で用いられるセラミックス複合体の原料粉末としては、例えば、Ａｌ_２Ｏ_３，ＳｉＯ_２などの金属酸化物粉末と、Ｙ_２Ｏ_３，Ｔｂ_２Ｏ_３，Ｄｙ_２Ｏ_３，Ｈｏ_２Ｏ_３，Ｅｒ_２Ｏ_３，Ｔｍ_２Ｏ_３，Ｙｂ_２Ｏ_３，Ｌｕ_２Ｏ_３などの希土類金属元素酸化物粉末との混合物であることが好ましい。金属酸化物粉末は、Ａｌ_２Ｏ_３がより好ましく、希土類金属元素酸化物粉末は、Ｙ_２Ｏ_３，Ｔｂ_２Ｏ_３，Ｌｕ_２Ｏ_３がより好ましく、Ｙ_２Ｏ_３が特に好ましい。さらに、本発明で用いられるセラミックス複合体の原料粉末として、ＣｅＯ_２，Ｇｄ_２Ｏ_３などの添加剤を用いることもできる。

【0021】

また、本発明において、セラミックス複合体の原料粉末は、生成するセラミックス複合体を構成する結晶相が、少なくとも一つの共晶を形成する組成系に属する結晶相を含むように組成調整されることが好ましい。原料粉末をこのように組成調整することで、後述する加熱工程において、原料を熔融して結晶基板と一体にすることが可能になる。

【0022】

原料粉末の混合方法については、特別の制限はなく、乾式混合法及び湿式混合法のいずれも採用することができる。湿式混合法を用いる際の媒体としては、メタノール、エタノールのようなアルコールが一般に使用される。湿式混合法を採用した場合は、用いた媒体をロータリーエバポレータなどにより除去する。

【0023】

また、セラミックス複合体の原料は、粉末ではなく、シート状に成型して、焼成することも可能である。原料をシート状にする方法としては、バインダーと原料粉末を混合し、ペースト状にした原料を、薄く延ばしてシートを作製する等の一般的な方法を採用することができる。原料とバインダーとを含有したシートは、その後電気炉で焼成し、不要なバインダーを除去することで、セラミックス複合体の原料シートを得ることができる。

【0024】

本発明においては、セラミックス複合体を構成する結晶相が、少なくとも一つの共晶を形成する組成系に属する結晶相を含み、結晶基板を構成する結晶相が、その共晶を形成する組成系に属する結晶相のいずれか一つと同一の組成かつ結晶構造を有する結晶相であることが好ましい。共晶とは、高温で均一な熔融状態ある融液が、融点以下になると複数の結晶を同時に結晶化する現象である。共晶を形成する組成系（共晶系）とは、前記同時に結晶化する結晶相を端成分とする系である。これらの関係を共晶系の相平衡図の例を示した図１を参照しながら説明する。また、この場合、結晶基板を構成する結晶相は、単結晶であることがより好ましい。

【0025】

図１において、例えば、成分ＡとＢの共晶組成を有するセラミックス複合体の原料を載せた単結晶基板を加熱し、基板を作製する場合について述べる。セラミックス複合体の組成は、図１中の端成分ＡとＢの共晶組成であり、用いる単結晶基板は、図１中の端成分ＡまたはＢの単結晶となる。図１からも明らかなように、共晶系を形成する端成分は、共晶温度よりも高い融点になる。この関係によって、セラミックス複合体の原料を載せた単結晶基板を加熱すると、セラミックス複合体を熔融させ、単結晶基板を熔融させない状態を作り出すことが容易になる。

【0026】

具体的には、この出発物質を加熱すると、共晶温度でセラミックス複合材料は熔融し融液を形成する。このとき、単結晶基板材料は、共晶温度よりも高い融点を有するので、ほとんど融けない。しかし、セラミックス複合体が熔融すると、融液と単結晶基板の界面部分で局所的に融点の低い共晶組成に達することが起こり、単結晶基板はわずかに融ける。

【0027】

このわずかに融けることは、本発明において最も重要である。本発明の基板は、セラミックス複合体と単結晶基板の界面が単に接しているのではなく、単結晶基板とセラミックス複合体の両方が熔融して固化しているので、原子レベルで接合した界面を達成することができる。このような界面は、熱伝導の経路を確保する上で有利である。また、このような接合は、単純に一旦セラミックス複合体を作製し、ホットプレス等で単結晶基板と接合させただけでは実現できない。

【0028】

さらに、セラミックス複合体が熔融した時の単結晶基板との反応で不要な第３成分を生成するような反応が起こらないことも利点である。組成的に関係のない単結晶基板の上でセラミックス複合体を熔融すると、化学反応でＬＥＤに有害な結晶相を生成する可能性があるが、本発明の場合、共晶の関係にある結晶相のみの生成になるので、界面にセラミックス複合体以外の結晶相が生成することなく、接合した基板を得ることが可能である。

【0029】

また、単結晶基板とセラミックス複合体は共通の結晶相を有し、融液状態から結晶化していくので、エピタキシャルの関係を保って固化することが可能である。このため、セラミックス複合体は、単結晶の状態で結晶化することが可能になる。

【0030】

本発明のセラミックス複合体を構成する結晶相の組成は、上記のように、共晶組成であることが望ましい。その理由は、結晶基板の融点とセラミックス複合体の融点が最も離れるため、作製温度の設定が最も容易になるためである。しかし、必ずしもセラミックス複合体を構成する結晶相の組成が共晶組成と一致する必要はない。セラミックス複合体を構成する結晶相の組成が共晶組成からずれても、加熱工程において融液を形成できれば、セラミックス複合体と結晶基板との原子レベルでの接合は可能であり、局所的に共晶組成に達し、局所的な熔融が可能である。共晶組成からずれると、系の端成分の結晶が初晶として晶出するが、そのような状態であっても、局所的には界面は共晶組成に達することが可能であり、界面で基板を熔融させることが可能である。

【0031】

また、本発明においては、結晶基板を構成する結晶相が、セラミックス複合体を構成する結晶相のうち最も高い融点を持つ結晶相と同一の結晶構造を有する結晶相であることが好ましい。このようにすると、基板作製時の温度条件設定が最も容易になる。また、選択する組成の範囲が広くなるからである。

【0032】

（原料積層工程、加熱工程及び冷却工程）
次に、調整したセラミックス複合体の原料混合粉末又は原料シートを結晶基板の上に敷き詰め、坩堝に入れ、電気炉に設置し、昇温して焼成を行い、セラミックス複合体の融液を形成し、その後冷却することでセラミックス複合体を結晶基板上で結晶化させる。

【0033】

電気炉は、セラミックス複合体の融点以上に加熱でき、雰囲気調節が可能な装置であれば特に制約なく使用することができる。特に、単結晶作製可能なブリッジマン装置などの単結晶育成炉を好ましく用いることができる。

【0034】

図２に、単結晶育成炉の真空チャンバー内に坩堝が設置された状態の一例を示す。
本発明で使用される単結晶育成炉は、チャンバー１内に加熱ヒーター３が設置してあり、雰囲気の制御が可能である。加熱ヒーター３の内部には、坩堝５を上下させる軸７が設置してある。軸７の上部に坩堝５を設置し、その中でセラミックス複合体の原料混合粉末９と結晶基板１１を加熱し熔融する。坩堝５を加熱ヒーター３の内部から引き出すことで温度を下げ、融液となっていたセラミックス複合材料を結晶化させる。坩堝５を引き出しながら結晶化させると一方向凝固が起こる。

【0035】

より詳細には、セラミックス複合体の原料混合粉末９を載せた結晶基板１１を坩堝５に装填し、その後、単結晶育成炉のチャンバー１内を所望の雰囲気にして、加熱ヒーター３に通電して昇温を開始する。結晶基板１１直下の坩堝５の外側に設置した図示しない熱電対により測定される温度が、結晶基板１１を構成する結晶相の融点以上にならないように確認しながら、温度を調節し、セラミックス複合体の原料混合粉末９を融解する。融解後、一定時間、その状態を保持し、その後、坩堝５を引き下げる方法、または、坩堝５の位置を一定にして加熱温度を低下させる方法で、セラミックス複合体の結晶を成長させることができる。

【0036】

セラミックス複合体の原料混合粉末９を融解させる温度は、セラミックス複合体の原料混合粉末９の種類によって、適宜設定することになるが、例えば、セラミックス複合体の原料粉末が、Ａｌ_２Ｏ_３粉末とＹ_２Ｏ_３粉末とＣｅＯ_２粉末との混合物である場合、この系の共晶温度以上であればよく、約１８２０〜２０００℃である。共晶温度付近で作製することで基板の熔融量を少なくできるので、作製には適しており、その点を考慮すれば、１８２０〜１９００℃が好ましい。

【0037】

融液の凝固を行う雰囲気は、加圧、大気圧、減圧雰囲気のどの雰囲気でも可能である。但し、坩堝５および単結晶育成炉の構成部材の酸化消耗を抑制するため、高純度Ａｒガスを流通することが好ましい。常圧下でも可能である。

【0038】

坩堝５を引き下げる場合、その速度は、融液組成及び融解条件によって、適宜設定することになるが、通常５０ｍｍ／時間以下、好ましくは１〜２０ｍｍ／時間である。加熱温度を低下させる場合であれば、結晶基板１１が割れない範囲で温度を下げることができる。

【0039】

また、坩堝５の形状としては、結晶基板１１を設置できる形状であれば、特に制限はない。例えば、円形、角型坩堝を用いることができる。また、坩堝５の材質としては、セラミックス複合体の融点以上の温度で融解しない耐熱性を持ち、また融液と反応しないものであればよい。特に、モリブデン、アルミナが一般的に使用される。

【0040】

上記の例は、単結晶育成可能な炉での作製例であるが、本発明の基板は、一般的な電気炉でも作製が可能である。この場合、作製する基板からの熱の逃げが一方向になりにくいが、局所的な一方向凝固は起こるので、この場合でも、２種以上の結晶相が複雑に絡んだ組織を得ることができる。

【0041】

セラミックス複合体の融液が凝固したら、ヒーターの電力を下げ、炉を冷却する。冷却後、炉をあけ坩堝を取り出し、セラミックス複合体層が接合した結晶基板を取りだす。基板は、切断してＬＥＤ作製基板として利用してもよいし、場合によっては、ＬＥＤ作製基板ではなく、単純な光変換用部材としての利用も可能である。

【0042】

セラミックス複合体層が接合した結晶基板上におけるセラミックス複合体の厚みは、求められる要求に応じ決められる。厚みの制御は、はじめの原料の量で調整することが可能であるが、作製後に研削して制御することも可能である。

【0043】

（第２実施形態）
また、本発明の第２実施形態に係る製造方法は、結晶基板と原料セラミックス複合体とを積層する原料積層工程と、前記原料セラミックス複合体が熔融して前記結晶基板と一体になるように、前記原料セラミックス複合体を加熱する加熱工程と、前記熔融した原料セラミックス複合体を冷却し、結晶化したセラミックス複合体を得る冷却工程とを備える。

【0044】

（原料積層工程）
本発明においては、結晶基板上に積層する原料として、加熱により熔融し冷却することでセラミックス複合体を形成する原料混合粉末（上記第１実施形態）のみならず、セラミックス複合体そのもの、具体的には、セラミック複合体の固まり、セラミックス複合体を砕いたもの、及び更に細かくして粉末にしたものを用いることも可能である。

【0045】

また、本実施形態において、原料セラミックス複合体は、少なくとも一つの共晶を形成する組成系に属する結晶相を含むことが好ましい。このような原料セラミックス複合体を用いることで、後述する加熱工程及び冷却工程を経て形成されたセラミックス複合体を構成する結晶相が、少なくとも一つの共晶を形成する組成系に属する結晶相を含むようになるため好ましい。

【0046】

（加熱工程及び冷却工程）

【0047】

また、本実施形態の加熱工程においては、原料セラミックス複合体としてセラミックス複合体を砕いたもの、及び更に細かくして粉末にしたものを用いた場合、全部が熔融すると考えられるが、原料セラミックス複合体がセラミック複合体の固まりである場合、界面だけを熔融させてもよい。

【0048】

＜基板＞
以上のような本発明の製造方法によって作製された基板の概略を図３に示す。１１が結晶基板であり、１２が結晶化したセラミックス複合体である。

【0049】

（結晶基板）
結晶基板としては、ＬＥＤが作製可能な単結晶基板が好ましく、共晶を形成する組成系に属するセラミックス複合体を構成する結晶相のいずれか一つと同一の結晶構造を有する結晶相であることが特に好ましい。共晶系を形成できる結晶としては、Ａｌ_２Ｏ_３（サファイア）が好適である。

【0050】

（セラミックス複合体）
本発明に用いられるセラミックス複合体自体は、例えば、特許第３２１６６８３号公報、特許第３４１２３８１号公報、特許第４６０９３１９号公報及び特開２０００−２７２９５５号公報などに具体的に開示されている、それ自体公知の、２種以上の結晶相が連続的にかつ三次元的に相互に絡み合った組織を有するセラミックス複合体が好ましく用いられる。このセラミックス複合体は、高温における機械的性質が良好な高温構造材料、光変換部材、その他の機能材料として好適に使用することのできるセラミックス複合体である。

【0051】

このセラミックス複合体の２種以上の酸化物相が複雑に三次元的に絡んだ構造は、光の混合という点で優れている。また、セラミックス複合体に蛍光と光透過機能を持たせると、ＬＥＤの励起光とセラミックス複合体から放出される蛍光を効率的に混合し、別の色、例えば白色を得ることができる。

【0052】

本発明に係るセラミックス複合体が、第１結晶相が蛍光を発する結晶相であり、受光した光の一部を受光した光とは異なる波長の光に変換する光変換用セラミックス複合体である場合は、光変換用層を有する基板として好適に使用されるので好ましい。

【0053】

特に、本発明に係るセラミックス複合体が、Ｌｎ_３Ａｌ_５Ｏ_１２（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、Ａｌ_２Ｏ_３からなる第２結晶相とから構成されるセラミックス複合体である場合は、高温における機械的性質にすぐれた光散乱、光混合性のある基板を作製することができるため好ましい。

【0054】

さらに、Ｌｎが、Ｙ、Ｔｂ及びＬｕの少なくとも一つの元素であり、第１結晶相が、Ｃｅを付活剤として含有する結晶相である光変換用セラミックス複合体である場合は、第１結晶相が受光した青色光を黄色光に変換し、第２結晶相が青色光をそのまま透過させて、黄色光と青色光とが混合された白色光を発光できるので、ＬＥＤが製造可能な結晶基板とあわせることで白色発光ダイオード用の基板材料として好適であり、特に好ましい。

【0055】

また、ＬｎがＹである場合、すなわち、本発明に係るセラミックス複合体が、蛍光を発する結晶相である、Ｃｅで付活されたＹ_３Ａｌ_５Ｏ_１２相からなる第１結晶相と、Ａｌ_２Ｏ_３からなる第２結晶相とが連続的にかつ三次元的に相互に絡み合った組織を有する光変換用セラミックス複合体である場合は、特に内部量子効率が高くなるので、ＬＥＤが製造可能な結晶基板とあわせることで白色発光ダイオード用の基板材料として特に好適であり、好ましい。また、Ｃｅで付活されたＹ_３Ａｌ_５Ｏ_１２相からなる第１結晶相はＧｄを含有することができる。第１結晶相がＧｄを含有すると、第１結晶相から発せられる蛍光の波長を長波長化することができる。

【0056】

本発明の製造方法によって作製された基板が、Ａｌ_２Ｏ_３からなる結晶相から構成された、発光ダイオードを作製可能な結晶基板上に、Ｌｎ_３Ａｌ_５Ｏ_１２（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、Ａｌ_２Ｏ_３からなる第２結晶相とが連続的にかつ三次元的に相互に絡み合った組織を有するセラミックス複合体を積層した基板である場合、前記結晶基板と前記セラミックス複合体との界面は、Ｌｎ_３Ａｌ_５Ｏ_１２（ＬｎはＹ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ及びＬｕの少なくとも一つの元素である。）相からなっていてもよい。これは、本発明の製造方法で作製された基板に特有のものであり、単純に一旦セラミックス複合体を作製し、結晶基板と接合させただけでは実現できない。

【0057】

＜発光装置の製造方法＞
本発明の発光装置の製造方法は、前記基板の製造方法によって得られた基板と、前記第１結晶相を成す蛍光体が励起される光を照射可能な発光素子とから構成される発光装置を製造する方法であって、冷却されて結晶化した前記セラミックス複合体を備える基板に、前記発光素子を装着する素子装着工程を備える。

【0058】

第１結晶相を成す蛍光体が励起する光を照射可能な発光素子としては、例えば（ＧａＮ系半導体からなるＬＥＤ素子）などが挙げられる。

【0059】

本発明によれば、（光変換層が直接接合された基板を備える）な発光装置を製造することができる。光変換層が基板に直接接合されるため、作業工程を短縮でき、かつＬＥＤ等の発光素子から発する熱を基板から光変換層を通じて好適に放散することができる。

【実施例】

【0060】

以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明するが、これらは本発明の目的を限定するものではない。

【0061】

（実施例１）
α−Ａｌ_２Ｏ_３粉末（純度９９．９９％）とＹ_２Ｏ_３粉末（純度９９．９９９％）をモル比で８２：１８となるよう、またＣｅＯ_２粉末（純度９９．９９％）を仕込み酸化物の反応により生成するＹ_３Ａｌ_５Ｏ_１２１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。

【0062】

次に、モリブデン坩堝の上にａ軸［１１−２０］サファイア基板を置き、その上に、上記セラミックス複合体の原料混合粉末の圧粉体を置いた。その後、図２に示したものと同様に、サファイア基板と原料混合粉末を設置したモリブデン坩堝をブリッジマン単結晶育成炉の坩堝軸上にセットし、Ａｒガスを２Ｌ／ｍｉｎ流しながら、減圧調整弁を調整し、真空６０００Ｐａの雰囲気とし、ヒーター出力を印加した。ヒーター出力と炉内温度が安定した後、坩堝軸をゆっくりと上昇させた。炉の上部の覗き窓から、原料の熔融を確認した後に坩堝軸の上昇を停止し、そのまま１０分間保持した。その後、坩堝を５ｍｍ／ｈの速度で下降させ、セラミックス複合体を凝固させた。

【0063】

冷却後に、炉を開け、試料を取り出した。試料の外観は、サファイアの上にセラミックス複合体が層状に付着していた。

【0064】

この基板の断面のＳＥＭ写真を確認したところ、サファイア基板の上部にＡｌ_２Ｏ_３／ＹＡＧ：Ｃｅからなるセラミックス複合体が付着していることが分かった。さらに、サファイア基板と接するセラミックス複合体の結晶相は、全てＹＡＧ相であり、サファイア基板とセラミックス複合体との界面にＹＡＧ相の層ができていることが確認できた。

【0065】

このセラミックス複合体のＡｌ_２Ｏ_３相とＹＡＧ相の結晶方位を確認するために、試料中央の極点測定を行った。極点測定は、Ａｌ_２Ｏ_３の（３００）面、ＹＡＧ（４００）面を測定した。その結果、図４に示すように、セラミックス複合体中のＡｌ_２Ｏ_３（３００）面は一種類のみ確認され、ＹＡＧ（４００）面は複数種類確認された。Ａｌ_２Ｏ_３相に関しては、Ａｌ_２Ｏ_３（３００）の極点図からステレオ投影図を作成し、Ａｌ_２Ｏ_３のａ軸［１１−２０］を確認した。Ａｌ_２Ｏ_３のａ軸［１１−２０］は、サンプル面の垂直方向を向いており、この結果からサファイア基板状での原料の熔融・凝固によってサファイア基板の結晶方位が継承されたものと考えられる。
なお、実施例１においては、サファイア基板とセラミックス複合体との界面にＹＡＧ相の層が在る構成が示されているが、本発明の製造方法によれば、この構造に限らず、セラミックス複合体を構成する２種以上の結晶層がそれぞれ基板と接する構造を得ることも可能である。

【符号の説明】

【0066】

１ チャンバー
３ 加熱ヒーター
５ 坩堝
７ 軸
９ セラミックス複合体の原料混合粉末
１１ 結晶基板
１２ セラミックス複合体

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】