[发明专利]包含多晶第13族元素氮化物的自立基板和使用该自立基板的发光元件

说明书

在取向多晶第13族元素氮化物自立基板中减小单晶粒子的倾角，另外减小倾角的波动。自立基板包含由在大致法线方向上沿特定结晶方位取向的多个单晶粒子构成的多晶第13族元素氮化物。自立基板具有上表面和底面。多晶第13族元素氮化物包含氮化镓、氮化铝、氮化铟或它们的混晶，以1×10¹⁷原子/cm³～1×10²⁰原子/cm³的浓度含有锌。

技术领域

本发明涉及包含多晶第13族元素氮化物的自立基板和使用该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4中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。另外，专利文献3中记载有：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，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3提供将构成基板的多晶粒子的倾斜角度(倾角)控制为1°～10°的取向GaN自立基板和发光元件。该发明提供可减少基板表面的缺陷密度的多晶氮化镓自立基板，提供使用多晶氮化镓自立基板得到高发光效率的发光元件。

专利文献5提供高电阻且低缺陷的掺杂Zn的GaN结晶及其制法。作为结晶生长方法，使用Na助熔剂法，在助熔剂中添加Zn，使GaN单晶结晶生长。

专利文献6提供氮化镓单晶的制造方法。在包含Na与碱金属或碱土类金属的混合助熔剂中使镓与氮反应，制造氮化镓单晶。不过，专利文献5、6以培养单晶为目的。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2012-184144

专利文献2：日本特开2010-132556

专利文献3：WO 2015/151902A1

专利文献4：日本专利5770905

专利文献5：日本专利5039813

专利文献6：日本专利4001170

发明内容