[发明专利]多晶氮化镓自立基板和使用该多晶氮化镓自立基板的发光元件

说明书

本发明提供一种多晶氮化镓自立基板，使用该基板制作发光元件或太阳能电池等器件时能得到高发光效率、高转换效率等优异特性。本发明的多晶氮化镓自立基板由在大致法线方向上沿特定结晶方位取向的多个氮化镓系单晶粒子构成，具有上表面和底面。所述上表面利用电子背散射衍射法(EBSD)的反极图成像测定的各氮化镓系单晶粒子的结晶方位按照相对于特定结晶方位以各种角度倾斜的方式分布，其平均倾斜角为0.1°以上且低于1°，并且在所述上表面露出的氮化镓系单晶粒子在最外表面的截面平均直径D_T为10μm以上。

技术领域

本发明涉及多晶氮化镓自立基板和使用该多晶氮化镓自立基板的发光元件。

背景技术

作为使用单晶基板的发光二极管(LED)等发光元件，已知在蓝宝石(α-氧化铝单晶)上形成有各种氮化镓(GaN)层的发光元件。例如，已经开始批量生产具有在蓝宝石基板上依次层叠n型GaN层、多量子阱层(MQW)、以及p型GaN层而形成的结构的产品，所述多量子阱层(MQW)是包含InGaN层的量子阱层和包含GaN层的势垒层交替层叠而成的。另外，还提出了适合这样的用途的层叠基板。例如，专利文献1(日本特开2012-184144号公报)中，提出了一种氮化镓结晶层叠基板，该氮化镓结晶层叠基板包含蓝宝石基底基板和在该基板上进行结晶生长而形成的氮化镓结晶层。

但是，在蓝宝石基板上形成GaN层的情况下，因为GaN层与作为异种基板的蓝宝石之间晶格常数和热膨胀率不一致，所以容易发生位错。另外，因为蓝宝石是绝缘性材料，所以无法在其表面形成电极，从而无法构成在元件的正反面都包括电极的纵型结构的发光元件。于是，人们关注在氮化镓(GaN)单晶上形成了各种GaN层的LED。如果是GaN单晶基板，则因为材质与GaN层相同，所以容易匹配晶格常数和热膨胀率，与使用蓝宝石基板的情况相比能够期待性能的提高。例如，在专利文献2(日本特开2010-132556号公报)中，公开了厚度为200μm以上的自立n型氮化镓单晶基板。

但是，单晶基板一般面积小且价格高。特别是虽然要求降低使用大面积基板的LED的制造成本，但批量生产大面积的单晶基板并不容易，还会使其制造成本进一步增加。因此希望找到能够作为氮化镓等单晶基板的替代材料的廉价材料。提出了满足上述要求的多晶氮化镓自立基板。例如，专利文献3(WO2015/151902A1)公开了一种由在大致法线方向沿特定结晶方位取向的多个氮化镓系单晶粒子构成的多晶氮化镓自立基板，记载有：该自立基板的基板表面的利用电子背散射衍射法(EBSD)的反极图成像测定的各氮化镓系单晶粒子的结晶方位按照相对于特定结晶方位以各种角度倾斜的方式分布，其平均倾斜角为1～10°。

专利文献

专利文献1:日本特开2012-184144号公报

专利文献2:日本特开2010-132556号公报

专利文献3:WO2015/151902A1

发明内容

本发明的发明人最近获得了如下认知：构成粒子在大致法线方向沿特定结晶方位取向的多晶氮化镓自立基板中，使构成粒子的取向方位以0.1°以上且低于1°的平均倾斜角倾斜，且将在上表面露出的氮化镓系单晶粒子在最外表面的截面平均直径D_T设定为10μm以上，由此，使用该基板制作发光元件或太阳能电池等器件时，能获得高发光效率或高转换效率等优异的特性。另外，还获得了：使用该多晶氮化镓自立基板构成发光元件能得到高发光效率的认知。

因此，本发明的目的在于提供一种多晶氮化镓自立基板，使用其制作发光元件或太阳能电池等器件时，能得到高发光效率、高转换效率等优异特性。此外，本发明的其他目的在于提供使用多晶氮化镓自立基板能得到高发光效率的发光元件。