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ＬＥＤ 발광소자용 복합재료 기판, 그 제조 방법 및 ＬＥＤ 발광소자{COMPOSITE SUBSTRATE FOR LED LIGHT EMITTING ELEMENT, METHOD OF PRODUCTION OF SAME, AND LED LIGHT EMITTING ELEMENT}
본 발명은 발광 다이오드 (이하 LED라 한다) 소자용 복합재료 기판, 그 제조 방법 및 그 복합재료 기판을 이용한 LED 발광소자에 관한 것이다.
LED는 반도체의 pn 접합으로 순 (順) 방향 전류를 흘리면 발광하는 소자이며, GaAs, GaN 등의 Ⅲ-Ⅴ족 반도체 결정을 이용하여 제조된다. 최근, 반도체의 에피택셜 성장 기술과 발광소자 프로세스 기술의 진보에 의해 변환 효율이 우수한 LED가 개발되고, 다양한 분야에서 폭넓게 사용되고 있다. LED는 단결정 성장 기판상에 Ⅲ-Ⅴ족 반도체 결정을 에피택셜 성장시킨 p형층과 n형층 및 그 사이에 끼워지는 광활성층으로 구성된다. 일반적으로는, 단결정 사파이어 등의 성장 기판상에 GaN 등의 Ⅲ-Ⅴ족 반도체 결정을 에피택셜 성장시킨 후, 전극 등을 형성하여 LED 발광소자를 형성한다 (특허문헌 1). 단결정 성장 기판상에 Ⅲ-Ⅴ족 반도체 결정을 에피택셜 성장시키는 경우, 단결정 성장 기판과 Ⅲ-Ⅴ족 반도체 결정의 격자 정수가 다르기 때문에 양호한 단결정을 성장시키는 것이 어렵다. 이 때문에, 사파이어 기판상에 저온에서 GaN 등의 버퍼층을 형성하고, 그 위에 GaN를 에피택셜 성장시키는 방법이 제안되고 있다 (특허문헌 2). 그러나 이 수법을 이용해도, 사파이어 기판과 버퍼층인 GaN 등과의 선열팽창계수 차이 때문에 에피택셜 성장 후의 기판에 뒤틀림이 발생하거나, 최악의 경우에는 기판이 부서진다는 문제가 있다. 따라서 선열팽창계수가 Ⅲ-Ⅴ족 반도체 결정에 가까운 기판 재료가 요구되고 있다. 또, 단결정 사파이어 기판 등의 단결정 성장 기판은 열전도성이 좋지 않다는 문제도 있다. 단결정 사파이어의 경우, 열전도율이 40 W/mK 정도이며, GaN 등의 Ⅲ-Ⅴ족 반도체소자에서 발생하는 열을 충분히 방열할 수 없다. 특히, 대전류를 흘리는 고출력 LED에서는 소자의 온도가 상승하여, 발광 효율의 저하나 소자 수명의 저하가 일어난다고 하는 문제가 있다. 이 때문에, 단결정 성장 기판상에 Ⅲ-Ⅴ족 반도체 결정을 에피택셜 성장시킨 후에 금속층을 통하여 고열전도성의 기판을 접합하고, 그 후 단결정 성장 기판을 제거하는 방법이 제안되고 있다 (특허문헌 3). 이 때문에, 고열전도성 기판으로서 열전도성이 우수한 구리 등의 재료가 검토되고 있으나, Ⅲ-Ⅴ족 반도체 결정과 선열팽창계수 차가 크고, 고출력 LED용으로 충분히 만족할 수 있는 것은 아니었다.
일본 특개 2005-117006호 공보
일본 특공평 5-73252호 공보
일본 특개 2006-128710호 공보
따라서 본 발명은 LED를 구성하는 Ⅲ-Ⅴ족 반도체 결정과 선열팽창율의 차이가 작고, 또한 열전도성이 우수하며, 고출력 LED용으로서 바람직한 LED 발광소자용 기판 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 또 본 발명은 이와 같은 LED 발광소자용 기판을 이용하여 LED 발광소자를 제조하는 방법 및 이러한 방법에 의해 제조되는 LED 발광소자를 제공하는 것도 목적으로 한다.
본 발명의 일 형태에서는, 탄화규소, 질화알루미늄, 질화규소, 다이아몬드, 흑연, 산화이트륨 및 산화마그네슘 중에서 선택되는 1종 이상으로 이루어지며, 기공률이 10∼50 부피%인 다공체에 알루미늄 합금 또는 순수 알루미늄을 함침하고, 소정의 판 두께, 표면 거칠기을 갖는 복합재료체로 가공한 후, 표면에 Ni, Co, Pd, Cu, Ag, Au, Pt, Sn 중에서 선택되는 1종 이상의 금속을 포함하는 금속층을 두께가 0.5∼15㎛가 되도록 형성하여 이루어지는 LED 발광소자용 복합재료 기판이 제공된다. 일 형태에서는, 상기 다공체는 50 MPa 이상의 3점 굴곡강도 (three-point bending strength)를 가지며, 상기 알루미늄 합금은 용탕단조법 (squeeze casting)에 의해 함침 압력 30 MPa 이상에서 상기 다공체에 함침하게 된다. 일 실시 형태에서는, 상기 복합재료체의 판 두께는 0.05∼0.5mm로, 표면 거칠기 (Ra)는 0.01∼0.5㎛로 된다. 다른 실시 형태에서는, 상기 복합재료체의 판 두께는 0.05∼0.5mm이고, 표면 거칠기 (Ra)는 0.01∼2㎛로 되고, 또한 금속층 형성 후의 한쪽 면이 표면 거칠기 (Ra) 0.01∼0.5㎛로 가공된다. 또 본 발명의 바람직한 실시 태양에서는, 복합재료 기판은 온도 25℃에서의 열전도율이 100∼500 W/mK, 온도 25℃∼150℃에서의 선열팽창계수가 4∼9×10 -6 /K, 3점 굴곡강도가 50 MPa 이상, 부피고유저항이 10 -9 ∼10 -5 Ω·m이다. 또 다른 실시 태양에서는, 복합재료 기판은 판 두께가 0.05mm∼0.5mm이고, 적어도 한 주면 (主面)의 표면 거칠기 (Ra)가 0.01∼0.5㎛이며, 온도 25℃에서 5N의 HCl 용액 및 온도 75℃에서 10N의 NaOH 용액에 각각 1분간 침지했을 때 적어도 한 주면의 중량 감소량이 0.2 mg/cm 2 이하이다. 본 발명의 다른 형태에서는, LED 발광소자용 복합재료 기판의 제조 방법으로서, (a) 탄화규소, 질화알루미늄, 질화규소, 다이아몬드, 흑연, 산화이트륨 및 산화마그네슘 중에서 선택되는 1종 이상으로부터 이루어지며, 기공률이 10∼50 부피%인 다공체를 준비하고, (b) 상기 다공체에 알루미늄 또는 순수 알루미늄을 함침시켜, 소정의 판 두께, 표면 거칠기로 가공하여 복합재료체를 형성하고, (c) 상기 복합재료체의 표면에 Ni, Co, Pd, Cu, Ag, Au, Pt, Sn 중에서 선택되는 1종 이상의 금속을 포함하는 금속층을 두께가 0.5∼15㎛가 되도록 형성하는 공정을 포함하여 이루어지는 LED 발광소자용 복합재료 기판의 제조 방법이 제공된다. 여기서, 일 실시 태양에서는, 공정 (a)에 있어서, 상기 다공체가 50 MPa 이상에서 3점 굴곡강도를 가지며, 공정 (b)에 있어서, 상기 알루미늄 합금 또는 순수 알루미늄을 용탕단조법에 의해 함침 압력 30 MPa 이상에서 상기 다공체에 함침시킨다. 다른 실시 태양에서는, 공정 (b)에 있어서, 복합재료체의 판 두께를 0.05∼0.5mm로, 표면 거칠기 (Ra)를 0.01∼0.5㎛로 한다. 다른 실시 태양에서는, 공정 (b)에 있어서, 복합재료체의 판 두께를 0.05∼0.5mm로, 표면 거칠기 (Ra)를 0.01∼2㎛로 하고, 공정 (c)에 있어서, 금속층을 형성한 복합재료체의 한쪽 면을 표면 거칠기 (Ra) 0.01∼0.5㎛로 가공한다. 본 발명의 다른 형태에서는, LED 발광소자의 제조 방법으로서, (1) 원판 형상 또는 평판 형상의 단결정 성장 기판의 한 주면상에 Ⅲ-Ⅴ족 반도체 결정을 에피택셜 성장시키고, (2) 상기 Ⅲ-Ⅴ족 반도체 결정의 표면에 금속층을 통하여, 본 발명에 관련되는 전술한 LED 발광소자용 복합재료 기판을 접합하고, 상기 단결정 성장 기판을 레이저 조사, 에칭, 연삭 중 어느 하나의 방법에 의해 제거하고, (3) 상기 단결정 성장 기판이 제거된 측의 Ⅲ-Ⅴ족 반도체 결정의 표면을 가공하여 전극 형성을 실시한 후, 절단 가공하는 공정을 포함하여 이루어지는 LED 발광소자의 제조 방법이 제공된다. 여기서, 일 실시 태양에서는, 단결정 성장 기판은 단결정 사파이어, 단결정 탄화규소, 단결정 GaAs, 단결정 Si로 이루어지는 군으로부터 선택되는 재료제이다. 다른 실시 태양에서는, 단결정 성장 기판은 AlN, SiC, GaN, GaAs로 이루어지는 군으로부터 선택되는 재료로 표면 코팅 된다. 또 일 실시 태양에서는, Ⅲ-Ⅴ족 반도체 결정은 GaN, GaAs, GaP 중 어느 하나이다. 또한, 본 발명에서는 상기 어느 하나인 LED 발광소자의 제조 방법에 의해서 제조될 수 있는 LED 발광소자도 개시된다.
본 발명에 의하면, LED를 구성하는 Ⅲ-Ⅴ족 반도체 결정과 선열팽창율의 차이가 작은, 고열전도성의 LED 발광소자용 복합재료 기판을 얻을 수 있다. 이 LED 발광소자용 복합재료 기판을 이용함으로써, 방열성, 신뢰성이 우수한 고출력의 LED 발광소자를 제공할 수 있다. 또한, 상기 구성의 LED 발광소자용 복합재료 기판은 LED 발광소자 제조 시에 사용되는 산 및 알칼리 용액에 대한 내약품성이 우수함과 동시에, 도전성이며, LED를 구성하는 Ⅲ-Ⅴ족 반도체 결정의 양면에 전극을 형성할 수 있다. 이 때문에, LED 발광소자의 제조 프로세스의 경감 및 단위면적 당 발광량의 증가를 달성할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예 1에 관련된 LED 발광소자의 제조예를 설명하기 위한 개략 단면도로서, 사파이어 성장 기판상에 버퍼층을 통하여 형성한 반도체층에 본 발명의 일 실시예에 관련되는 복합재료 기판을 접합한 상태를 나타낸다.
도 2는 도 1과 동일한 도면으로, 성장 기판을 제거한 후에 투명 도전층을 형성한 상태를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 실시예 17에 관련되는 LED 발광소자의 제조예를 설명하기 위한 개략 단면도로서, Si 성장 기판상에 형성한 반도체층에 본 발명의 일 실시예에 관련되는 복합재료 기판을 접합한 상태를 나타낸다.
본 발명은 LED 발광소자와 상기 LED 발광소자에 사용되는 복합재료 기판에 관한 것이다. 이하, LED 발광소자의 제조에 대해서 기술하고, 그 중에서 복합재료 기판의 제조에 대해서도 설명한다. 본 발명의 실시 형태에 있어서, LED 발광소자는 단결정 성장 기판, Ⅲ-Ⅴ족 반도체 결정, 복합재료 기판을 이용하여 제조된다. 단결정 성장 기판은 에피택셜 성장시키는 Ⅲ-Ⅴ족 반도체 결정과의 격자 정수의 차이가 작고, 또한 결함이 적은 재료로 이루어지는 것이 필요하다. 결정성과 균일성 관점에서, 단결정 재료를 가공하여 이용하는 것이 일반적이다. 이들의 단결정 성장 기판은 Ⅲ-Ⅴ족 반도체 결정을 에피택셜 성장시키는 공정에서의 온도, 분위기에 견디는 것이 필요하다. 이 때문에, 본 발명에서 이용하는 단결정 성장 기판용 재료는 단결정 사파이어, 단결정 탄화규소, 단결정 GaAs, 단결정 Si의 군으로부터 선택되는 것이 바람직하다. 또한, 본 발명에서 이용하는 단결정 성장 기판은 AlN, SiC, GaN, GaAs 군으로부터 선택되는 재료로 표면 코팅되는 것이 바람직하다. LED를 구성하는 Ⅲ-Ⅴ족 반도체 결정은, LED 발광소자로서의 변환 효율의 관점에서GaN, GaAs, GaP 중 어느 하나인 것이 바람직하다. 이들의 Ⅲ-Ⅴ족 반도체 결정은 높은 발광 효율이 얻어지며, 용도에 따라 구분하여 사용된다. 또 Ⅲ-Ⅴ족 반도체 결정은 용도마다의 최적 발광 파장에 따라 선택된다. 본 발명의 일실시 형태에서는, 먼저 이들의 단결정 성장 기판의 한 주면상에 에피택셜 성장으로 Ⅲ-Ⅴ족 반도체 결정을 성장시킨다. Ⅲ-Ⅴ족 반도체 결정의 에피택셜 성장은 유기금속기상성장법 (MOCVD법) 또는 하이드라이드 기상 에피택셜법 (HVPE법)에 의해 실시하는 것이 바람직하다. MOCVD법은 결정성이 양호한 Ⅲ-Ⅴ족 반도체 결정을 성장시키는데 적합하며, HVPE법은 결정 성장 속도가 빠르고, 효율적으로 Ⅲ-Ⅴ족 반도체 결정을 성장시킬 수 있다. 이들의 방법은 공지이며, 실시 조건은 적절히 설정할 수 있다. 단, 에피택셜 성장 방법은 Ⅲ-Ⅴ족 반도체 결정을 성장시킬 수 있는 방법이라면, 상기의 방법으로 한정되는 것은 아니다. 에피택셜 성장시킨 Ⅲ-Ⅴ족 반도체 결정은 발광 특성을 더욱 향상시키기 위해 표면 처리를 실시하는 것도 가능하다. 또, 결정 표면의 균일성 등을 향상시키기 위해 표면을 에칭 처리나 연마 처리하기도 한다. 본 발명에서는 에피택셜 성장시킨 Ⅲ-Ⅴ족 반도체 결정의 표면에 본 발명에 관한 복합재료 기판을 접합하나, 그 전에 Ⅲ-Ⅴ족 반도체 결정의 표면에 증착법, 스퍼터법 등의 수법에 의해 금속층을 형성한다. 금속층은 인듐, 알루미늄, 금, 은 또는 이들의 합금을 이용하여 형성하는 것이 바람직하다. 금속층의 두께는 금속의 선열팽창계수가 Ⅲ-Ⅴ족 반도체 결정과 다르기 때문에, 극단적으로 두꺼우면 밀착성이 저하하여 바람직하지 않다. 금속층의 열전도율이 낮은 경우는 방열 면에서도 바람직하지 않다. 이 때문에, 금속층의 두께는 0.5∼10㎛인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 0.5∼2㎛이다. 다음에, Ⅲ-Ⅴ족 반도체 결정을 접합하기 위해, 복합재료 기판의 Ⅲ-Ⅴ족 반도체 결정에 접합되는 측의 표면에도 동일하게 증착법, 스퍼터법 등에 의해 금속층을 형성한다. 금속층은 Ⅲ-Ⅴ족 반도체 결정의 표면의 금속층과 동일하게 인듐, 알루미늄, 금, 은 및 이들의 합금을 이용하여 형성하는 것이 바람직하다. 복합재료 기판에 요구되는 특성은, (1) 접합에 견딜 수 있는 강도를 가질 것과, (2) 접합면에 보이드나 이물 등의 개재물이 없고, 접합면이 평탄할 것 등이다. (1)의 조건을 만족하려면, 복합재료 기판의 3점 굴곡강도가 50 MPa 이상일 필요가 있고, 바람직하게는 200 MPa 이상이다. (2)의 조건을 만족하려면, 복합재료 기판의 표면 거칠기 (Ra)가 0.01∼0.5㎛일 필요가 있으며, 바람직하게는, 0.01∼0.2㎛이다. Ⅲ-Ⅴ족 반도체 결정과 복합재료 기판의 접합은 필요에 따라 가압을 실시하면서, 접합면을 맞춘 상태로 가열하여 실시한다. 가열 온도는 금속층의 종류에 따라 다르나, 일반적으로 250℃∼550℃이다. 가압의 압력은 2∼20 MPa가 일반적이다. 복합재료 기판은 Ⅲ-Ⅴ족 반도체 결정과 접합해 이용하기 때문에, 양 재료의 선열팽창계수의 차이가 작은 것이 중요하다. 이 때문에, 복합재료 기판의 온도 25℃∼150℃에서의 선열팽창계수가 4∼9×10 -6 /K인 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는, 4∼7×10 -6 /K이다. 복합재료 기판의 온도 25℃∼150℃에서의 선열팽창계수가 4∼9×10 -6 /K의 범위를 벗어난 경우, 접합하는 Ⅲ-Ⅴ족 반도체 결정 또는 성장 기판과의 선열팽창계수차이에 의해 접합 후에 휨이 발생하거나, LED 발광소자로서 사용할 때에 접합층의 박리가 발생하거나, Ⅲ-Ⅴ족 반도체 결정이 부서지고 마는 경우가 있어 바람직하지 않다. 본 발명의 복합재료 기판은 LED 발광소자의 베이스 기판으로 된다. 상기 기판을 통하여, Ⅲ-Ⅴ족 반도체소자에서 발생하는 열의 대부분이 방열되는 것으로 되며, 상기 기판에 높은 방열 특성이 요구된다. 이 때문에, 복합재료 기판의 온도 25℃에서의 열전도율은 100∼500 W/mK인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 150∼500 W/mK이다. 열전도율이 100 W/mK 미만에서는 Ⅲ-Ⅴ족 반도체소자에서 발생하는 열을 충분히 방열할 수 없고, 특히 대전류를 흘릴 필요가 있는 고출력 LED에서는 소자의 온도가 올라 발광 효율의 저하와, 그에 수반하는 소자 수명의 저하가 일어나 바람직하지 않다. 한편, 열전도율의 상한치에 관련해서는 특성 면으로부터의 제약은 없으나, 기판 재료가 극단적으로 고가로 되고 만다. 또 방열성의 면에서, 복합재료 기판의 판 두께는 얇은 것이 바람직하지만, 한편으로 Ⅲ-Ⅴ족 반도체소자의 유지 및 LED 발광소자 제작시의 취급성 (handling) 등에 견딜 수 있는 강도가 필요하기 때문에, 일정한 판 두께가 필요하다. 일 실시 형태에서는, 복합재료 기판의 판 두께는 0.05mm∼0.5mm가 바람직하고, 0.05mm∼0.3mm가 보다 바람직하다. 복합재료 기판의 판 두께가 0.5mm를 초과하면 LED 발광소자의 방열 특성이 저하하여 바람직하지 않다. 본 발명의 복합재료 기판은 Ⅲ-Ⅴ족 반도체 결정과 접합한 후, 필요에 따라서 연마 등에 의해 박판화할 수도 있다. 본 발명에서는, Ⅲ-Ⅴ족 반도체 결정과 복합재료 기판을 금속층을 통하여 접합한 후, 단결정 성장 기판을 제거한다. 단결정 성장 기판의 제거는 단결정 성장 기판측으로부터 레이저 조사를 실시하여 제거하는 방법이 일반적이다. 이 외에도, 연마나 에칭에 의해 단결정 성장 기판을 제거할 수도 있다. 단결정 성장 기판을 제거한 Ⅲ-Ⅴ족 반도체 결정면은 필요에 따라서 표면의 연마, 에칭을 실시하여 원하는 표면 형상으로 마무리한 후, 증착법, 스퍼터법 등의 수법에 의해 전극을 형성한다. 또한, 레이저 컷 또는 다이싱에 의해 소정 형상으로 절단하여 LED 발광소자를 제조한다. 본 발명의 복합재료 기판에 LED 발광소자 제조 프로세스에서의 내약품 특성이 필요하며, 구체적으로는 온도 25℃에서 5N의 HCl 용액 및 온도 75℃에서 10N의 NaOH 용액에 각각 1분간 침지했을 때에 적어도 한 주면의 단위면적 당의 중량 감소량이 0.2 mg/cm 2 이하가 바람직하고, 더욱 바람직하게는 중량 감소량이 0.1 mg/cm 2 이하이다. 온도 25℃에서 5N의 HCl 용액 및 온도 75℃에서 10N의 NaOH 용액에 각각 1분간 침지했을 때의 단위면적 당의 중량 감소량이 0.2 mg/cm 2 를 초과하면, 복합재료 중의 금속 성분의 용출에 따른 열전도율 등의 특성 저하가 발생하는 동시에, 레이저 컷 또는 다이싱에 의해 소정 형상으로 절단할 때에 치핑 (chipping)이 발생하고, LED 발광소자의 수율이 저하하기 때문에 바람직하지 않다. 본 발명의 복합재료 기판의 실 사용에 있어서는 복합재료 기판의 한 주면은 Ⅲ-Ⅴ족 반도체 결정과 금속층을 통하여 접합되기 때문에 비접합면이 상술한 내약품 특성을 만족하는 것이면 된다. 본 발명의 복합재료 기판은 기판 자체가 도전성을 가지고 있다. 이 때문에, LED를 구성하는 Ⅲ-Ⅴ족 반도체 결정의 양면에 전극을 형성할 수 있다. 사파이어 기판 등의 절연 재료를 기판으로 이용하는 종래의 방법에서는, 상부의 p형 또는 n형의 Ⅲ-Ⅴ족 반도체 결정의 일부를 에칭 등으로 제거하고, 동일 면측에 전극을 형성할 필요가 있으나, 본 발명에서는 이럴 필요가 없으므로, LED 발광소자의 제조 프로세스의 간략화가 가능하다. 또한, p형 또는 n형의 한쪽의 Ⅲ-Ⅴ족 반도체 결정의 일부를 에칭 등으로 제거하여 전극을 형성할 필요가 없기 때문에, LED 발광소자의 단위면적 당의 발광량을 증가시킬 수 있다. 본 발명의 복합재료의 부피고유저항 (volume resistivity)은 10 -9 ∼10 -5 Ω·m가 바람직하다. 부피고유저항이 10 -5 Ω·m를 초과하면 발광 효율의 저하 등이 일어나서 바람직하지 않다. 부피고유저항의 하한치는 특성 면에서의 제약은 없으나, 재료 조성으로부터 10 -9 Ω·m이상이 일반적이다. 상술한 특성을 가지는 복합재료 기판의 제조 방법에 대하여 이하에 설명한다. 복합재료 기판에 사용되는 복합재료의 제법은, 함침법과 분말야금법의 2종으로 크게 나눠진다. 이 중, 열전도율 등의 특성 면으로부터 실제로 상품화되고 있는 것은 함침법에 의한 것이다. 함침법에도 여러 가지의 제법이 있으며, 상압으로 실시하는 방법과 고압하에서 실시하는 방법 (고압단조법)이 있다. 고압단조법에는 용탕단조법과 다이 캐스트 (die-cast)법이 있다. 본 발명에 바람직한 방법은 고압하에서 함침을 실시하는 고압단조법이며, 열전도율 등의 특성이 우수한 치밀한 복합체를 얻으려면 용탕단조법이 바람직하다. 용탕단조법은 고압 용기내에 세라믹스 분말 또는 성형체를 장전하고, 이것에 알루미늄 합금 등의 용탕을 고온, 고압하에서 함침시켜서 복합재료를 얻는 방법이다. 따라서, 본 발명의 일 실시 형태에서는, 복합재료는 용탕단조법에 의해 제조된다. 원료인 세라믹스는 열전도율이 높고, 선열팽창계수는 작은 재료를 이용할 필요가 있다. 이 때문에, 본 발명에서는 탄화규소, 질화알루미늄, 질화규소, 다이아몬드, 흑연, 산화이트륨 및 산화마그네슘 중에서 선택되는 1 종류 이상을 이용한다. 본 발명의 복합재료는 이들의 세라믹스에 알루미늄 합금 또는 순수 알루미늄을 함침시켜 복합화함으로써, 열전도율 및 선열팽창계수를 상술한 범위로 조정할 수 있다. 일 실시 형태에서는, 복합재료는 이들의 세라믹스를 50∼90 부피% 함유하고, 잔부가 알루미늄 합금 또는 순수 알루미늄으로 이루어진 복합재료이다. 세라믹스의 함유량은 바람직하게는 70∼85 부피%이다. 세라믹스의 함유량이 50 부피% 미만에서는 얻어지는 복합재료의 선열팽창계수가 커지고 LED 발광소자용 기판 재료로서 바람직하지 않다. 한편, 세라믹스의 함유량이 90 부피%를 초과하면, 복합화 시에 알루미늄 합금 또는 순수 알루미늄을 충분히 함침시킬 수 없고, 그 결과 열전도율이 저하해 버려 바람직하지 않다. 세라믹스는 분말인 채 복합화할 수도 있으나, 무기 바인더를 이용하여 성형체를 제작하거나, 소결 처리를 실시해 10∼50 부피%의 기공률을 가지는 다공체 (이하, “프리폼 (preform)”이라 한다)를 제작하여 복합화하는 것이 바람직하다. 이 프리폼의 기공률 조정은 원료 분말의 입도 조정, 성형 압력, 소결 조건 등에 의해서 실시한다. 프리폼의 성형 방법은 프레스 성형, 주입 성형 (cast molding) 등 일반적인 세라믹스 분말의 성형 방법으로 성형할 수 있다. 또, 프리폼은 필요에 따라서 평판 형상이나 원주 형상으로 가공하여 이용한다. 또한, 본 발명의 일 실시 형태에서는, 최종 형상으로서 판 두께가 0.05mm∼0.5mm인 판 형상으로 가공하기 위해 3점 굴곡강도가 50 MPa 이상인 프리폼을 이용하는 것이 바람직하다. 프리폼의 강도가 낮으면 연삭 가공 등으로 판 두께를 0.05mm∼0.5mm의 판 형상으로 가공할 때에 휨이 발생하는 경우가 있다. 프리폼은 이형제를 도포한 지그 (jig) 등으로 고정하고, 복수개를 적층하여 볼트-너트 등으로 연결해 적층체로 한다. 프리폼을 고정하는 지그는 철제나 흑연제의 지그를 이용할 수 있다. 또, 개개의 지그는 이형제를 도포한 이형판을 끼워서 적층하여 적층체로 할 수도 있다. 이형판으로는 스테인리스판이나 세라믹스판을 사용할 수 있고, 용탕단조법에 의해 알루미늄 합금이 함침되지 않는 치밀체라면 특별히 제한하지 않는다. 또, 지그나 이형판에 도포하는 이형제에 대해서는 흑연, 질화붕소, 알루미나 등의 이형제를 사용할 수 있다. 더하여, 바람직하게는, 지그나 이형판 표면을 알루미나 졸 등에 의해 코팅 한 후, 이형제를 도포하는 것이 바람직하다. 얻어진 적층체는 온도 600∼800℃ 정도에서 가열 후, 고압 용기내에 1개 또는 2개 이상 배치하고, 적층체의 온도 저하를 방지하기 위해서 가능한 한 신속하게, 융점 이상으로 가열한 알루미늄 합금의 용탕을 급탕하여 30 MPa 이상의 압력에서 가압하고, 알루미늄 합금을 프리폼의 공극 중에 함침시킴으로써 복합재료를 얻을 수 있다. 또한, 함침시의 휨 제거의 목적으로 함침품에 어닐 처리를 실시하기도 한다. 적층체의 가열 온도는 온도 600℃ 미만에서는 알루미늄 합금의 복합화가 불충분하게 되고, 얻어지는 복합재료의 열전도율 등의 특성이 저하하고 만다. 또, 가열 온도가 800℃을 초과하면, 알루미늄 합금과의 복합화 시에 세라믹스 분말 표면의 산화가 일어나, 얻어지는 복합재료의 열전도율 등의 특성이 저하하고 만다. 또한, 함침시의 압력에 관해서는, 30 MPa 미만에서는 알루미늄 합금의 복합화가 불충분하게 되고, 얻어지는 복합재료의 열전도율 등의 특성이 저하되고 말아 바람직하지 않다. 바람직하게는 함침 압력은 50 MPa 이상이다. 본 발명의 복합재료 기판에 사용되는 복합재료 중 알루미늄 합금은 해당 분야에 있어서 사용되고 있는 알루미늄 합금이면 어떤 것이라도 사용할 수 있지만, 일 실시 형태에서는 알루미늄을 70 중량% 이상 함유하는 알루미늄 합금이 매우 적합하게 사용된다. 알루미늄의 함유량이 70 중량% 미만에서는, 알루미늄 합금의 열전도율이 저하하여 바람직하지 않다. 또, 알루미늄 합금은 함침 시에 프리폼의 공극 내에 충분히 침투하기 위해서 융점이 가능한한 낮은 것이 바람직하다. 이와 같은 알루미늄 합금으로서, 예를들면 실리콘을 5∼25 중량% 함유한 알루미늄 합금을 들 수 있다. 또한 마그네슘을 0.3∼2.0 중량% 함유시키면, 세라믹스와 금속 부분과의 결합이 보다 견고하게 되어 바람직하다. 알루미늄 합금 중의 알루미늄, 실리콘, 마그네슘 이외의 금속 성분에 관해서는, 극단적으로 특성이 변화하지 않는 범위라면 특별히 제한하지 않으나, 예를 들면 구리 등이 포함되어 있어도 된다. 다음에, 얻어진 복합재료의 가공 방법의 예를 설명한다. 얻어진 복합재료가 원주 형상의 형상인 경우, 원통연삭반 (cylindrical grinder) 등에 의해 다이아몬드 숫돌을 이용하여 소정 치수로 외형 가공한 후, 멀티 와이어 소 (multi-wire saw), 내주칼날 절단기 (inner diameter blade) 등으로 최종 형상보다 0.1∼0.5mm 정도 두꺼운 판 두께로 절단 가공한다. 절단 방법에 대해서는, 특별히 한정되는 것은 아니나, 절단대 (切斷代)가 적고 양산성에 적합한 멀티 와이어 소에서의 절단이 매우 적합하다. 멀티 와이어 소에 의한 절단은 유리 연마 입자 타입 (free abrasive grain type) 및 다이아몬드 등의 연삭재를 부착한 와이어를 이용한 가공을 채용할 수 있다. 절단 가공 후의 판 형상의 복합재료는 양면연삭반 (two-sided grinder), 로터리연삭반, 평면연삭반, 랩반 (lapping machine) 등의 가공기로 판 두께가 0.05∼0.5mm, 또한 표면 거칠기 (Ra)가 0.01∼0.5㎛가 되도록 면 가공을 실시한다. 면 가공 시에는, 표면 거칠기을 더욱 작게 하기 위해서 양면연삭반, 로터리연삭반, 평면연삭반 등으로 면 가공한 후, 랩반으로 마무리 가공을 실시하는 경우도 있다. 또, LED 발광소자의 제조 공정에서, 본 발명의 복합재료 기판을 Ⅲ-Ⅴ족 반도체 결정과 접합 후에 연마 가공하는 경우는 복합재료 기판의 한쪽 면 (접합면)에만 소정의 표면 거칠기까지 면 가공을 실시하는 경우도 있다. 얻어진 복합재료가 판 형상인 경우, 양면연삭반, 로터리연삭반, 평면연삭반, 랩반 등의 가공기로 판 두께가 0.05∼0.5mm, 또한 표면 거칠기 (Ra)가 0.01∼0.5㎛가 되도록 면 가공을 실시한 후, 워터 제트 가공기 (water-jet cutter), 방전가공기 (discharge cutter), 레이저 가공기, 다이싱 머신, 원통연삭반 등으로 소정 형상으로 외주 가공을 실시한다. 얻어진 복합재료가 판 형상인 경우, 먼저 워터 제트 가공기, 방전가공기, 레이저 가공기, 다이싱 머신, 원통연삭반 등으로 소정 형상으로 외주 가공을 실시하고, 그 후 양면연삭반, 로터리연삭반, 평면연삭반, 랩반 등의 가공기로 판 두께가 0.05∼0.5mm, 또한 표면 거칠기 (Ra)가 0.01∼0.5㎛가 되도록 면 가공을 실시할 수도 있다. 다음에, 상기와 같이 하여 소정의 판 두께, 표면 거칠기를 갖는 판 형상으로 가공된 복합재료체의 표면을 세정한 후, 표면에 두께가 0.5∼15㎛인 Ni, Co, Pd, Cu, Ag, Au, Pt, Sn 중에서 선택되는 1종 이상의 금속을 포함한 금속층을 형성한다. 금속층 두께가 0.5㎛ 이하에서는, 금속층의 핀홀이 발생하여, 내약품성이 저하해 바람직하지 않다. 한편, 금속층 두께가 15㎛를 초과하면, 금속층과 복합재료의 열팽창차이에 의한 박리나, 얻어지는 금속층을 부여한 복합재료의 선열팽창계수가 커져서 바람직하지 않다. 금속층 두께에 관해서는, 보다 바람직하게는 2∼10㎛이다. 금속층의 재질은 Ni, Co, Pd, Cu, Ag, Au, Pt, Sn 중에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 금속을 채용할 수 있고, 이들의 복합 금속도 사용 가능하다. 또 금속층에는 P, B 등의 비금속 원소가 포함되어 있어도 된다. 금속층을 부여하는 수법으로는 무전해 도금 또는 전해 도금에 의한 것이 일반적이다. 도금 이외의 증착법 등의 수법에 의해 판 형상의 복합재료체의 표면에 상술한 금속을 피복하는 것도 가능하다. 또, 2장의 판 형상 복합재료체를 왁스, 접착제 등으로 맞붙여서 표면을 세정한 후, 무전해 도금 또는 전해 도금에 의해 표면에 두께가 0.5∼15㎛인 Ni, Co, Pd, Cu, Ag, Au, Pt, Sn 중에서 선택되는 1종 이상의 금속층을 형성하고, 다음에 왁스, 접착제 등을 제거하여 판 형상의 복합재료체의 한 주면 및 측면에 금속층을 형성할 수도 있다. 나아가서는, 판 형상의 복합재료체의 한 주면을, 유기 시트나 레지스트에 의해 피복한 후, 표면을 세정한 후, 무전해 도금 또는 전해 도금에 의해 표면에 두께가 0.5∼15㎛인 Ni, Co, Pd, Cu, Ag, Au, Pt, Sn 중에서 선택되는 1종 이상의 금속층을 형성하고, 다음에 피복층을 제거하여 판 형상의 복합재료의 한 주면 및 측면에 금속층을 형성할 수도 있다. 또한, 복합재료를 판 형상으로 외주 가공 및 절단 등을 하고, 판 두께가 0.05∼0.5mm이고, 표면 거칠기 (Ra)가 0.01∼0.2㎛인 복합재료체로 하고 나서, 표면을 세정한 후, 무전해 도금 또는 전해 도금에 의해 표면에 두께가 0.5∼15㎛인 Ni, Co, Pd, Cu, Ag, Au, Pt, Sn 중에서 선택되는 1종 이상의 금속층을 형성한다. 다음에, 한 주면을 랩반 등으로, 표면 거칠기 (Ra)가 0.01∼0.5㎛가 되도록 면 가공을 실시할 수도 있다. 이하, 본 발명을 실시예 에 의해서 상세히 설명하지만, 본 발명이 이러한 실시예에 의해서 한정되는 것은 아니다. 실시예 (실시예 1) <LED 발광소자용 복합재료 기판의 제작> 탄화규소 (이하, SiC라 한다) 분말 A (태평양런덤사제, NG-60, 평균 입자 지름 200㎛) 1800g, 탄화규소 분말 B (태평양런덤사제, NG-600, 평균 입자 지름 20㎛) 900g, 탄화규소 분말 C (태평양런덤사제, NC-6000, 평균 입자 지름 2㎛) 300g 및 성형 바인더 (메틸셀룰로오스, 신에츠화학공업사제, 「메토로즈」) 150g을 재서 취하고 (枰取), 교반 혼합기로 30분간 혼합한 후, Φ55mm×110mm 치수의 원주 형상에 면압 (surface pressure) 10 MPa에서 프레스 성형한 후, 성형 압력 100 MPa에서 CIP 성형하여 성형체를 제작하였다. 얻어진 성형체를 대기 분위기 중 온도 600℃에서 2시간 탈지 처리 후, 아르곤 분위기하, 온도 2100℃에서 2시간 소성하여 기공률이 20%인 SiC 프리폼을 제작하였다. 얻어진 SiC 프리폼을 머시닝 센터 (machining center)로 다이아몬드제 숫돌을 이용하여 외형 치수를 Φ52mm×100mm의 형상으로 가공하였다. 다시, 연삭가공에 의해 3점 굴곡강도 측정용 시험체 (3mm×4mm×40mm)를 제작하고, 3점 굴곡강도를 측정하였다. 3점 굴곡강도는 120 MPa였다. 얻어진 SiC 프리폼에 질화붕소의 이형제를 도포해, 외형 치수: 70mm×70mm×100mm (내경 치수: Φ52.5mm×100mm)의 통 형상 (筒狀)의 흑연 지그에 삽입하여 구조체로 하였다. 다음에, 70mm×100mm×0.8mmt의 스테인리스판에 흑연 이형재를 도포하여 이형판을 제작하고, 140.8mm×140.8mm×100mm의 형상으로 되도록 구조체 4개를 이형판을 끼워서 적층하고, 양측에 12mm 두께의 철판을 배치하여, M10 볼트 8개로 연결하여 하나의 적층체로 하였다. 다음에, 적층체를 전기로에서 온도 700℃로 예비 가열한 후, 미리 가열해 둔 내경 Φ400mm×300mmH의 프레스형 내에 넣고, 실리콘을 12 중량% 및 마그네슘을 1 중량% 함유하는 알루미늄 합금의 용탕 (온도: 800℃)을 주입하고, 100 MPa의 압력에서 25분간 가압하여 SiC 프리폼에 알루미늄 합금을 함침시켰다. 실온까지 냉각한 후, 습식 밴드 소 (wet band-type saw)를 가지고 이형판의 형상을 따라서 절단하여, 이형판을 박리하고, 선반으로 흑연 지그 부분을 제거하여 Φ52mm×100mm 형상의 복합재료를 얻었다. 얻어진 복합재료는 함침시의 휨 제거를 위해서 530℃의 온도에서 3시간 어닐 처리를 실시하였다. 다음에, 얻어진 복합재료로부터, 연삭가공에 의해 열팽창계수 측정용 시험체 (지름 3mm 길이 10mm), 열전도율 측정용 시험체(25mm×25mm×1mm), 3점 굴곡강도 측정용 시험체 (3mm×4mm×40mm), 부피고유저항 측정용 시험체 (50mm×50mm×5mm)를 제작하였다. 각각의 시험체를 이용하고, 온도 25℃∼150℃에서의 열팽창계수를 열팽창계 (세이코전자공업 사제； TMA300)로, 온도 25℃에서의 열전도율을 레이저 플래쉬법 (Ulvac TC 사제； TC3000)으로, 3점 굴곡강도를 굴곡강도 시험기로, 부피고유저항을 4 단자법 (JIS R1637에 준거)으로 측정하였다. 그 결과, 온도 25℃∼150℃에서의 열팽창계수는 4.9×10 -6 /K, 온도 25℃에서의 열전도율은 250 W/mK, 3점 굴곡강도는 350 MPa, 부피고유저항은 8×10 -7 Ω·m였다. 복합재료를 원통연삭반으로 다이아몬드의 숫돌을 이용하여 Φ50.8mm×100mm의 원주 형상으로 외주 가공을 실시하였다. 얻어진 원주 형상의 복합재료를 멀티 와이어 소로 다이아몬드 연마용 입자를 이용하여 절단 커팅 속도 0.2mm/min로 판 두께 0.2mm의 원판 형상으로 절단 가공을 실시하였다. 원판 형상의 복합재료를 양면연삭반으로 ＃600의 다이아몬드 숫돌을 이용해 판 두께 0.12mm으로 연삭가공한 후, 랩반으로 다이아몬드의 연마용 입자를 이용해 판 두께 0.1mm까지 연마 가공을 실시한 후, 순수 중에서, 이어서 이소프로필 알코올 중에서 초음파 세정을 실시하고, 건조하여 복합재료체를 제작하였다. 표면 거칠기 (Ra)를 표면 거칠기 합계로 측정한 결과, Ra 0.04㎛였다. 다음에서, 이 복합재료체에 대하여, 무전해 Ni-P 및 Ni-B 도금을 실시하고, 복합재료의 표면에 5㎛ 두께 (Ni-P: 4㎛＋Ni-B: 1㎛)의 도금층 (금속층)을 형성하고 복합재료 기판으로 하였다. 얻어진 복합재료 기판의 특성 값은 도금층 금속의 물성값과 도금 전의 복합재료체의 물성 값으로부터, 부피 비율에 의해 복합 규칙에 따라서 계산하여 산출하였다. 결과를 표 1에 나타낸다. 또, 도금 후의 복합재료 기판을 온도 25℃에서 5N의 HCl 용액 및 온도 75℃에서 10N의 NaOH 용액에 1분간 침지하고, 개개의 처리에 의한 단위면적 당 중량 감소량을 측정하였다. 또한, 도금 후의 복합재료 기판의 표면 거칠기 (Ra)를 표면 거칠기 합계로 측정하였다. 결과를 표 2에 나타낸다. [표 1] [표 2] <LED 발광소자의 제작> 도 1의 구조 도면을 적절히 참조하여 설명한다. 판 두께가 0.5mm인 단결정 사파이어 기판 (1)(성장 기판) 상에 암모니아 가스와 트리메틸갈륨을 사용하고, 캐리어 가스로서 수소와 질소의 혼합 가스를 이용하여 온도 1100℃에서 MOCVD법에 의해 다음의 (1)∼(4)의 GaN 단결정 (2∼5)을 4㎛의 두께로 성장시켰다. (1) n형 GaN 버퍼층 부호 (2) (2) n형 GaN 반도체층 부호 (3) (3) GaN 활성층 (발광층) 부호 (4) (4) p형 GaN 반도체층 부호 (5) 다음에, p형 GaN 반도체층 (5)의 표면에 진공 증착법으로 은/주석 합금의 합금층 (6)을 2㎛의 두께로 증착하였다. 한편, LED 발광소자용 복합재료 기판 (8)의 한쪽 편의 표면에도 동일한 방법으로 은/주석 합금의 합금층 (7)을 2㎛의 두께로 증착하였다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 양 기판을 은/주석 합금층 (6,7)이 접하도록 적층하고, 온도 400℃에서 5 MPa의 가압하에 5분간 유지하여 접합하였다. 얻어진 접합체는 사파이어 기판 (1)측으로부터 질소 가스 레이저를 조사하여 (출력 40 MW/cm 2 ) 사파이어 기판 (1)을 박리하였다. 레이저 조사에 의해, n형 GaN 버퍼층 (2)이 Ga와 질소로 분해되고, 발생한 질소 가스에 의해 사파이어 기판 (1)을 박리 할 수 있었다. 그 후, 표면에 노출된 n형 GaN 버퍼층 (2)을 에칭에 의해 제거한 후, 도 2 (도 1과는 상하 반대로 도시함)에 나타낸 바와 같이, 산화 인듐주석의 투명 도전체층 (9)을 형성하였다. 그 후, n형 전극으로서 Au를 증착하고, 다이싱에 의해 개개의 LED 발광소자로 하였다. (실시예 2∼12, 비교예 1) 실시예 1에서 제작한 Φ50.8mm×0.1mmt의 복합재료체 (무전해 도금 처리전의 복합재료)에 조건을 변경하여 무전해 도금 처리를 실시하고 표면에 표 4에 나타낸 금속층을 형성하였다. 얻어진 복합재료 기판의 특성 값을 표 3에 나타낸다. 또, 도금 후의 복합재료 기판을 온도 25℃에서 5N의 HCl 용액 및 온도 75℃에서 10N의 NaOH 용액에 1분간 침지하고, 개개의 처리에 의한 단위면적 당의 중량 감소량을 측정하였다. 또한, 도금 후의 복합재료 기판의 표면 거칠기 (Ra)를 표면 조도계로 측정하였다. 그 결과를 표 4에 나타낸다. 또한, 표 4 중 비교예 1은 금속층을 형성하고 있지 않는 복합재료체에 대한 시험 결과이다. [표 3] [표 4] (실시예 13) 실시예 1에서 제작한 Φ50.8mm×0.1mmt의 복합재료체에 대해서 증착법으로 표면에 1㎛의 Au층을 형성하였다. 얻어진 복합재료 기판의 특성 값을 표 5에 나타낸다. 또, 얻어진 복합재료 기판에 대해서 실시예 1과 동일한 평가를 실시하였다. 결과를 표 6에 나타낸다. [표 5] [표 6] (실시예 14) 실시예 1에서 제작한 Φ50.8mm×0.1mmt의 복합재료체 2장을 왁스계 접착제로 맞춰 붙이고, 표면을 세정한 후에 무전해 Ni-P 도금 처리를 실시해 노출 표면에 5㎛의 Ni-P층을 형성하였다. 도금 처리 후에, 왁스계 접착제를 제거하여 한 주면 및 측면에 금속층을 부여한 복합재료 기판을 얻었다. 얻어진 복합재료 기판의 특성 값을 표 5에 나타낸다. 또, 얻어진 복합재료 기판에 대해 비도금면을 내약품 테이프로 피복하고, 실시예 1과 동일한 평가를 실시하였다. 결과는 앞의 표 6에 합쳐서 나타낸다. (실시예 15) 실시예 1에서 제작한 Φ50.8mm×0.1mmt의 복합재료체의 한 주면을 도금 레지스트로 피복한 후, 표면을 세정하여 무전해 Ni-P 도금 처리를 실시하고 표면에 5㎛의 Ni-P층을 형성하였다. 도금 처리 후에, 도금 레지스트를 아세톤으로 제거하여 한 주면 및 측면에 금속층을 부여한 복합재료 기판을 제작하였다. 얻어진 복합재료 기판의 특성 값을 표 5에 나타낸다. 또, 얻어진 복합재료 기판에 대해 비도금면을 내약품 테이프로 피복하고, 실시예 1과 동일한 평가를 실시하였다. 결과는 앞의 표 6에 합쳐서 나타낸다. (실시예 16) 실시예 1에서 제작한 복합재료를 Φ50.8mm×0.2mmt의 형상으로 가공한 후, 표면을 세정하여 무전해 Ni-P 도금 처리를 실시하고 표면에 3㎛의 Ni-P층을 형성하였다. 그 후, 평면연삭반을 가지고 ＃800의 다이아몬드 숫돌을 이용하여 판 두께 0.1mm으로 연삭가공을 실시하고, 한 주면 및 측면에 금속층을 부여한 복합재료 기판을 제작하였다. 얻어진 복합재료의 특성 값을 표 5에 나타낸다. 또, 얻어진 복합재료 기판에 대해 비도금면을 내약품 테이프로 피복하고, 실시예 1과 동일한 평가를 실시하였다. 결과는 앞의 표 6에 합쳐서 나타낸다. (실시예 17∼20, 비교예 2∼4) <LED 발광소자용 복합재료 기판의 제작〉 탄화규소 분말 D (태평양런덤사제, NG-80, 평균 입자 지름: 150㎛) 1300g, 탄화규소 분말 E (야쿠시마덴코사제, GC-1000F, 평균 입자 지름: 10㎛) 700g, 실리카 졸 (닛산화학사제: 스노우텍스) 300g를 재서 취하고, 교반 혼합기에서 30분간 혼합한 후, Φ60mm×55mm의 치수의 원주 형상으로 면압 30 MPa에서 프레스 성형하여 성형체를 제작하였다. 얻어진 성형체를 온도 120℃에서 1시간 건조 후, 질소 분위기하, 온도 1400℃에서 2시간 소성하여 기공률이 35%인 SiC 프리폼을 얻었다. 얻어진 SiC 프리폼을 머시닝 센터에서 다이아몬드 숫돌을 이용하여 외형 치수를 Φ52mm×50mm의 형상으로 가공하였다. 얻어진 SiC 프리폼으로부터, 연삭가공에 의해 3점 굴곡강도 측정용 시험체 (3mm×4mm×40mm)를 제작하여 3점 굴곡강도를 측정하였다. 그 결과, 3점 굴곡강도는 50 MPa였다. 얻어진 SiC 프리폼에 질화붕소의 이형제를 도포하고, 외형 치수 70mm×70mm×50mm (내경 치수: Φ52.5mm×50mm)의 통 형상의 철제 지그에 삽입하여 구조체로 하였다. 다음에, 70mm×70mm×0.8mmt의 스테인리스판에 흑연 이형재를 도포하여 이형판을 제작하고, 140.8mm×140.8mm×50mm의 형상으로 이루어지도록 구조체 4개를 이형판을 끼워서 적층하였다. 양측에 세라믹스 섬유 함유량이 10 부피%, 두께 10mm의 세라믹스 보드를 끼워서 두께 12mm의 철판을 배치하고, M10 볼트 8개로 연결하여 하나의 적층체로 하였다. 다음에, 적층체를 전기로에서 표 7에 나타내는 다양한 온도로 예비 가열한 후, 미리 가열해 둔 내경 Φ400mm×300mmH의 프레스틀 내에 넣고, 실리콘을 12 중량% 및 마그네슘을 1 중량% 함유하는 알루미늄 합금의 용탕 (온도: 800℃)을 부어서, 표 7에 나타낸 각 압력으로 25분간 가압하여 SiC 프리폼에 알루미늄 합금을 함침시켰다. 실온까지 냉각한 후, 습식 밴드 소 (wet band-type saw)를 가지고 이형판의 형상을 따라 절단하고, 이형판 및 철제 지그를 박리한 후, 기계 가공에 의해 양끝의 세라믹스 섬유를 10 부피% 함유하는 알루미늄 합금층을 제거하여 Φ52.5mm×50mm형상의 복합재료를 얻었다. 얻어진 복합재료는 함침시의 왜곡 제거를 위해 530℃의 온도에서 3시간 어닐 처리를 실시하였다. [표 7] 다음에, 얻어진 복합재료로부터 연삭가공에 의해 열팽창계수 측정용 시험체 (지름 3mm 길이 10mm), 열전도율 측정용 시험체 (25mm×25mm×1mm), 3점 굴곡강도 측정용 시험체 (3mm×4mm×40mm), 부피고유저항 측정용 시험체 (50mm×50mm×5mm)를 제작하였다. 각각의 시험체를 이용하여 실시예 1과 동일한 방법으로 온도 25℃∼150℃에서의 열팽창계수, 온도 25℃에서의 열전도율, 3점 굴곡강도, 부피고유저항을 측정하였다. 비교예 2는 시험체 가공 시에 형상이 유지되지 못하고, 특성 평가를 할 수 없었다. 얻어진 복합재료를 원통연삭반으로 다이아몬드의 숫돌을 이용하여 Φ50.8mm×50mm의 원주 형상으로 외주 가공을 실시하였다. 다음에, 원주 형상의 복합재료를 내주인절단기 (inner diameter cutter)로 다이아몬드제 칼날을 이용해 절단 커팅면 속도 5mm/min에서 판 두께 0.25mm의 원판 형상으로 절단 가공을 실시하였다. 원판 형상의 복합재료를 양면 연삭반으로 ＃800의 다이아몬드 숫돌을 이용하여 판 두께 0.2mm로 연삭가공을 실시하여 복합재료 기판을 제작하였다. 다음에, 이 복합재료의 표면을 세정한 후, 무전해 Ni―P 및 Ni-B 도금을 실시하고, 복합재료의 표면에 4㎛ 두께 (Ni-P: 3㎛＋Ni-B: 1㎛)의 도금층을 형성하였다. 얻어진 복합재료의 물성 값을 표 8에 나타낸다. 또, 실시예 1과 동일한 평가를 실시한 결과를 표 9에 나타낸다. [표 8] [표 9] <LED 발광소자의 제작> 다음에, 실시예 17의 LED 발광소자용 복합재료 기판을 이용한 LED 발광소자의 제작 예를 도 3을 적절히 참조하면서 기재한다. 판 두께가 0.5mm인 단결정 Si 기재 (11) 상에 CVD법으로 SiC층 (표면 코팅층)(10)을 2㎛ 형성하여 성장 기판 (1)을 제작한 후, 암모니아 가스와 염화 갈륨을 사용하여 캐리어 가스로서 수소 가스를 이용하고, 온도 1050℃에서 HVPE법에 의해 다음의 (1)∼(3)의 GaN 단결정 (3∼5)을 4㎛의 두께로 성장시켰다. (1) n형 GaN 반도체층 부호 (3) (2) GaN 활성층 (발광층) 부호 (4) (3) p형 GaN 반도체층 부호 (5) 다음에, p형 GaN 반도체층 (5)의 표면에 진공 증착법으로 은을 0.5㎛의 두께로 증착 한 후, Au/주석 합금을 1.5㎛의 두께로 증착하여 합금층 (6)을 형성하였다. 한편, 실시예 17의 LED 발광소자용 복합재료 기판 (8)의 한쪽 편의 표면에도 동일한 방법으로 Au/주석 합금의 합금층 (7)을 1.5㎛의 두께로 증착하였다. 양 기판을 Au/주석 합금층 (6,7)이 접하도록 적층하고, 온도 500℃에서 5 MPa의 가압하에서 5분간 유지하여 접합하였다. 얻어진 접합체는 산 처리에 의해 단결정 Si층을 에칭 제거한 후, 연삭가공에 의해 SiC층을 완전히 제거하였다. 그 후, 노출한 n형 GaN층 (3)의 표면을 에칭에 의해 표면 거칠기화한 후, 산화 인듐주석의 투명 도전체층을 형성하였다. 다음에, n형 전극으로서 Au를 증착하고, 레이저 가공에 의해 개개의 LED 발광소자로 하였다. (실시예 21) 탄화규소 분말 A (평균 입자 지름: 200㎛) 1800g, 탄화규소 분말 B (평균 입자 지름: 20㎛) 900g, 질화알루미늄 분말 (토쿠야마사제, F 그레이드, 평균 입자 지름: 2㎛) 300g 및 성형 바인더 (메틸셀룰로오스) 150g를 재서 취하고, 교반 혼합기로 30분간 혼합한 후, Φ55mm×110mm 치수의 원주 형상으로 면압 10 MPa에서 프레스 성형한 후, 성형 압력 100 MPa에서 CIP 성형하여 성형체를 제작하였다. 얻어진 성형체를, 대기 분위기 중, 온도 600℃에서 2시간 탈지 처리 후, 아르곤 분위기하, 온도 1950℃에서 2시간 소성하여 기공률이 15%인 프리폼을 얻었다. 얻어진 프리폼을 머시닝 센터에서 다이아몬드 숫돌을 이용하여 외형 치수를 Φ52mm×100mm를 가지는 형상으로 가공하였다. 연삭가공에 의해 3점 굴곡강도 측정용 시험체 (3mm×4mm×40mm)를 제작하여 3점 굴곡강도를 측정하였다. 그 결과, 3점 굴곡강도는 125 MPa였다. 얻어진 프리폼을 실시예 1과 동일한 방법으로 처리하여 (예비가열 온도, 함침 압력은 표 7 참조), Φ52mm×100mm형상의 LED 발광소자용 복합재료를 얻었다. 얻어진 LED 발광소자용 복합재료로부터 실시예 1과 동일하게 시험체를 제작해 특성 평가를 실시하였다. 다음에, 얻어진 LED 발광소자용 복합재료를 원통연삭반으로 다이아몬드의 숫돌을 이용하여 Φ50.8mm×100mm의 원주 형상으로 외주 가공을 실시한 후, 실시예 1과 동일하게 하여 판 두께 0.15mm의 원판 형상으로 가공하였다. 다음에, 원판 형상의 LED 발광소자용 복합재료를 랩반으로 다이아몬드의 연마용 입자를 이용하여 판 두께 0.1mm로까지 연마 가공을 실시해 LED 발광소자용 복합재료 기판을 제작하였다. 다음에, 이 복합재료의 표면을 세정한 후, 무전해 Ni-P 및 Ni-B 도금을 실시해, 복합재료의 표면에 4㎛ 두께 (Ni-P: 3㎛＋Ni-B: 1㎛)의 도금층을 형성하였다. 얻어진 복합재료의 물성 값을 표 8에 나타낸다. 또, 실시예 1과 동일한 평가를 실시한 결과를 표 9에 나타낸다. (실시예 22) 질화 알루미늄 분말 (평균 입자 지름 2㎛) 2880g, 산화이트륨 분말 (신에츠 레어·얼스 (rare earth)사제, UU 그레이드, 평균 입자 지름 1㎛) 120g 및 성형 바인더 (메틸셀룰로오스) 150g, 순수 150g를 재어 취하고, 교반 혼합기로 30분간 혼합한 후, Φ55mm×110mm 치수의 원주 형상으로 면압 10 MPa에서 프레스 성형한 후, 성형 압력 100 MPa에서 CIP 성형해 성형체를 제작하였다. 얻어진 성형체를, 대기 분위기 중 온도 600℃에서 2시간 탈지 처리 후, 질소 분위기하 온도 1780℃에서 4시간 소성하여 기공률이 22%인 프리폼을 얻었다. 얻어진 프리폼은 머시닝 센터에서 다이아몬드 숫돌을 이용하여 외형 치수를 Φ52mm×100mm의 형상으로 가공하였다. 얻어진 프리폼으로부터 연삭가공에 의해 3점 굴곡강도 측정용 시험체 (3mm×4mm×40mm)를 제작하여 3점 굴곡강도를 측정하였다. 3점 굴곡강도는 90 MPa였다. 다음에, 얻어진 프리폼을 알루미늄 합금 대신에 순수 알루미늄을 사용한 것 이외에는 실시예 1과 동일한 방법으로 처리하여 (예비 가열 온도, 함침 압력은 표 7 참조), Φ52mm×100mm형상의 LED 발광소자용 복합재료를 얻었다. 얻어진 LED 발광소자용 복합재료로부터 실시예 1과 동일하게 시험체를 제작하여 특성 평가를 실시하였다. 다음에, LED 발광소자용 복합재료를 원통연삭반으로 다이아몬드의 숫돌을 이용해 Φ50.8mm×100mm의 원주 형상으로 외주 가공을 실시한 후, 실시예 1과 동일하게 하여 판 두께 0.15mm으로 가공하였다. 얻어진 원판 형상의 LED 발광소자용 복합재료는 랩반으로 다이아몬드의 연마용 입자를 이용하여 판 두께 0.1mm까지 연마 가공을 실시하여 LED 발광소자용 복합재료 기판을 제작하였다. 다음에, 이 복합재료의 표면을 세정한 후, 무전해 Ni-P 및 Ni-B 도금을 실시하고, 복합재료의 표면에 4㎛ 두께 (Ni-P: 3㎛＋Ni-B: 1㎛)의 도금층을 형성하였다. 얻어진 복합재료의 물성 값을 표 8에 나타낸다. 또, 실시예 1과 동일한 평가를 실시한 결과를 표 9에 나타낸다. (실시예 23) 질화규소분말 (덴키화학공업사제, NP-200, 평균 입자 지름: 1㎛) 2790g, 산화이트륨 분말 (평균 입자 지름: 1㎛) 150g, 산화마그네슘 분말 (이와타니화학사제, MJ-30, 평균 입자 지름: 1㎛) 60g를 재서 취하고, 교반 혼합기로 30분간 혼합한 후, Φ55mm×10mm 치수의 원판 형상으로 면압 10 MPa에서 프레스 성형한 후, 성형 압력 100 MPa에서 CIP 성형하여 성형체를 제작하였다. 얻어진 성형체를 0.9 MPa의 질소 가압 분위기하, 온도 1880℃에서 4시간 소성하여, 기공률이 13%인 프리폼을 얻었다. 얻어진 프리폼은 머시닝 센터에서 다이아몬드 숫돌을 이용하여 외형 치수를 Φ52mm×5mm인 형상으로 가공하였다. 얻어진 프리폼으로부터 연삭가공에 의해 3점 굴곡강도 측정용 시험체 (3mm×4mm×40mm)를 제작하여 3점 굴곡강도를 측정하였다. 그 결과, 3점 굴곡강도는 150 MPa였다. 다음에, 얻어진 프리폼을 실시예 1과 동일한 방법으로 처리하여 (예비 가열 온도, 함침 압력은 표 7 참조), Φ52mm×10mm형상의 LED 발광소자용 복합재료를 얻었다. 얻어진 LED 발광소자용 복합재료로부터 실시예 1과 동일하게 시험체를 제작하여 특성 평가를 실시하였다. 얻어진 LED 발광소자용 복합재료를 워터 제트 가공기 (water-jet cutter)로 Φ50.8mm×5mm의 원판 형상으로 외주 가공을 실시하였다. 다음에, 평면연삭반으로 ＃230의 다이아몬드 숫돌을 이용하여 판 두께 0.22mm의 원판 형상으로 연삭가공한 후, ＃800의 다이아몬드 숫돌을 이용하여 판 두께 0.2mm까지 연삭가공을 실시하여 LED 발광소자용 복합재료 기판을 제작하였다. 다음에, 이 복합재료의 표면을 세정한 후, 무전해 Ni―P 및 Ni-B 도금을 실시하고, 복합재료의 표면에 4㎛ 두께 (Ni-P: 3㎛＋Ni-B: 1㎛)의 도금층을 형성하였다. 얻어진 복합재료의 물성 값을 표 8에 나타낸다. 또, 실시예 1과 동일한 평가를 실시한 결과를 표 9에 나타낸다. (실시예 24) 다이아몬드 분말 A (Diamond Innoｖations사제, MBG-600, 평균 입자 지름: 120㎛) 7g와 다이아몬드 분말 B (Diamond Innoｖations사제, MBG-600, 평균 입자 지름: 15㎛) 3g을 알루미나제 막자사발로 10분간 혼합한 후, 외형 치수 70mm×70mm×20mm (내경 치수 Φ52.5mm×20mm)인 통 형상의 흑연 지그 (1)에 외형 치수 Φ52.4mm×9mm의 흑연 지그 (2)를 삽입한 후, 다이아몬드의 혼합 분말 10g을 충전하고, 다시 다이아몬드의 혼합 분말의 윗면에 흑연 지그 (2)를 삽입해 구조체로 하였다. 다음에, 70mm×70mm×0.8mmt의 스테인리스판에 흑연 이형재를 도포하여 이형판을 제작하고, 이 구조체를 이형판을 끼워서 적층하고, 상하에 12mm 두께의 철판을 배치하고, M10 볼트 8개로 연결하여 하나의 적층체로 하였다. 다음에, 이 적층체를 실시예 1과 동일한 방법으로 처리하여 (예비 가열 온도, 함침 압력은 표 7 참조), 70mm×70mm×20mm의 형상으로 주위가 흑연 지그로 둘러싸인 LED 발광소자용 복합재료를 얻었다. 얻어진 LED 발광소자용 복합재료는 흑연 지그로 둘러싸인 구조로 되어 있으며, 알루미늄-다이아몬드로 이루어진 복합재료가 노출할 때까지, 양 주면측 (70mm×70mm)으로부터 평면연삭반으로 다이아몬드 숫돌을 이용하여 연삭가공을 실시하고 70mm×70mm×2mmt의 판상 형상으로 가공하였다. 다음에, 워터 제트 가공기로 Φ50.8mm×2mm의 원판 형상으로 외주 가공을 실시하였다. 다음에, 얻어진 LED 발광소자용 복합재료로부터 연삭가공에 의해 열팽창계수 측정용 시험체 (2mm×3mm×10mm), 열전도율 측정용 시험체 (25mm×25mm×1mm), 3점 굴곡강도 측정용 시험체 (2mm×4mm×40mm), 부피고유저항 측정용 시험체 (35mm×35mm×2mm)를 제작하였다. 각각의 시험체를 이용하여 실시예 1과 동일하게 하여 평가를 실시하였다. 얻어진 LED 발광소자용 복합재료를 평면연삭반으로 ＃230의 다이아몬드 숫돌을 이용하여 판 두께 0.16mm의 원판 형상으로 연삭가공한 후, ＃400의 다이아몬드 숫돌을 이용하여 판 두께 0.15mm까지 연삭가공을 실시하여 LED 발광소자용 복합재료 기판을 제작하였다. 다음에, 이 복합재료의 표면을 세정한 후, 무전해 Ni-P 및 Ni-B 도금을 실시하고, 복합재료의 표면에 4㎛ 두께 (Ni-P: 3㎛＋Ni-B: 1㎛)의 도금층 형성하였다. 얻어진 복합재료의 물성 값을 표 8에 나타낸다. 또, 실시예 1과 동일한 평가를 실시한 결과를 표 9에 나타낸다. (실시예 25) 100mm×100mm×0.8mmt의 스테인리스판에 흑연 이형재를 도포하여 이형판을 제작하고, 형상 100mm×100mm×100mm의 등방성 흑연 성형체 (토카이카본사제 G458/기공률: 13 부피%)를 이형판을 끼워서 양측에 12mm두께의 철판을 배치하고, M10 볼트 8개로 연결하여 하나의 적층체로 하였다. 이어서, 이 적층체를 실시예 1과 동일한 방법으로 처리하여 (예비 가열 온도, 함침 압력은 표 7 참조), 100mm×100mm×100mm의 형상의 복합재료를 얻었다. 얻어진 복합재료로부터 실시예 1과 동일하게 시험체를 제작하여 특성 평가를 실시하였다. 얻어진 LED 발광소자용 복합재료는 다이아몬드 소로 절단 가공한 후, 원통연삭반으로 다이아몬드의 숫돌을 이용하여 Φ50.8mm×100mm의 원주 형상으로 외주 가공을 실시하였다. 얻어진 LED 발광소자용 원주 형상의 복합재료를 멀티 와이어 소로 다이아몬드 연마용 입자를 이용하고, 절단 절단면 속도 0.5mm/min에서 판 두께 0.4mm의 원판 형상으로 절단 가공하였다. 얻어진 LED 발광소자용 원판 형상의 복합재료를 양면연삭반으로 ＃600의 다이아몬드 숫돌을 이용하여 판 두께 0.3mm으로 연삭가공을 실시하여 LED 발광소자용 복합재료 기판으로 하였다. 다음에, 이 복합재료의 표면을 세정한 후, 무전해 Ni-P 및 Ni-B 도금을 실시하고, 복합재료의 표면에 4㎛ 두께 (Ni-P: 3㎛＋Ni-B: 1㎛)의 도금층을 형성하였다. 얻어진 복합재료의 물성 값을 표 8에 나타낸다. 또, 실시예 1과 동일한 평가를 실시한 결과를 표 9에 나타낸다.
1 성장 기판
2 성장 기판상에 형성된 질화물의 버퍼층
3 n형의 Ⅲ-Ⅴ족 반도체층
4 발광층
5 p형의 Ⅲ-Ⅴ족 반도체층
6 합금층 (반사층)
7 합금층
8 복합재료 기판
9 투명 도전층
10 표면 코팅층
11 기재 |
