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制造技术

技术编号:18499955 阅读:34 留言:0更新日期:2018-07-21 21:35
本发明专利技术提供一种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,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。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°。此外,本发明专利技术的发光元件包括所述自立基板和形成于基板上的发光功能层,该发光功能层具有一层以上的在大致法线方向具有单晶结构的由多个半导体单晶粒子构成的层。根据本发明专利技术,可以提供能够降低基板表面的缺陷密度的多晶氮化镓自立基板。此外,使用本发明专利技术的多晶氮化镓自立基板也可以提供能够获得高发光效率的发光元件。

Polycrystalline Gan independent substrate and light-emitting element using the polycrystalline Gan independent substrate

The invention provides a polycrystalline gallium nitride self standing substrate and a luminescent element using the polycrystalline gallium nitride self standing substrate, which is composed of a plurality of gallium nitride single crystal particles in the direction of a specific crystalline direction in the direction of a general normal line. The azimuth azimuth of the gallium nitride single crystal particles measured on the substrate surface of the self-supporting substrate by the electron backscatter diffraction (EBSD) reverse polarization imaging method is distributed in a manner that inclining in various angles at a specific crystal orientation, with an average inclination angle of 1~10 degrees. In addition, the light emitting element of the present invention includes the self-supporting substrate and the luminescent functional layer formed on the substrate, which has more than one layer of single crystal structure consisting of a plurality of semiconductor single crystal particles in the general normal direction. According to the invention, a polycrystalline Gan independent substrate capable of reducing the defect density on the surface of the substrate can be provided. In addition, a polycrystalline Gan independent substrate using the present invention can also provide a light-emitting element capable of obtaining high luminous efficiency.

【技术实现步骤摘要】
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本申请是申请号为201580001916.1(国际申请号为PCT/JP2015/058752)、申请日为2015年3月23日、专利技术名称为“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”的专利技术专利申请的分案申请。
本专利技术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。
技术介绍
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)上形成了各种氮化镓(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。在先技术文献专利文献专利文献1:日本特开2012-184144号公报专利文献2:日本特开2010-132556号公报
技术实现思路
但是,单晶基板一般面积比较小且价格高。特别是,人们日益要求降低使用大面积基板的LED的制造成本,但是,量产大面积单晶基板不容易,其制造成本更高。因此,希望找到能够成为氮化镓等单晶基板的替代材料的廉价材料。本专利技术人率先在满足这样的要求的多晶氮化镓自立基板的制作方面取得了成功(这并非是公知的,不构成现有技术),但希望进一步改善多晶氮化镓自立基板的结晶性。本专利技术人此番发现:通过使多晶氮化镓自立基板的构成粒子在大致法线方向上沿特定结晶方位取向,而且,使这些构成粒子的取向方位以规定范围内的平均倾斜角来倾斜,能够降低基板表面的缺陷密度。另外,还发现:通过使用这样的多晶氮化镓自立基板来构成发光元件,能够获得比使用构成粒子的取向方位不倾斜的多晶氮化镓自立基板的发光元件高的发光效率。因此,本专利技术的目的在于提供能够降低基板表面的缺陷密度的多晶氮化镓自立基板。此外,本专利技术的另一目的在于提供使用多晶氮化镓自立基板能够获得高发光效率的发光元件。根据本专利技术的一个方案提供一种多晶氮化镓自立基板,该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,其中,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°。根据本专利技术的另一方案提供一种发光元件,该发光元件包括:本专利技术的上述方案的多晶氮化镓自立基板和发光功能层,该发光功能层形成于该基板上,具有一层以上的在大致法线方向上具有单晶结构的由多个半导体单晶粒子构成的层。附图说明图1是表示使用本专利技术多晶氮化镓自立基板而制作的纵型发光元件的一例的示意截面图。图2是在例A1中测定的多晶氮化镓自立基板的板表面的反极图方位成像图。图3是表示在例A1中根据反极图方位成像图算出的最外表面构成粒子的相对于c轴方向的倾斜角的频度的曲线。具体实施方式多晶氮化镓自立基板本专利技术的氮化镓基板可具有自立基板的形态。本专利技术中“自立基板”是指处理或使用时不会因自重而变形或破损,能够作为固体物进行处理或使用的基板。本专利技术的多晶氮化镓自立基板能够用作发光元件等各种半导体器件的基板,除此之外,还可以用作电极(可以是p型电极或n型电极)、p型层、n型层等基材以外的部件或层。应予说明,在以下的说明中,以作为主要用途之一的发光元件为例说明本专利技术的优点,但在无损技术整合性的范围内,相同或近似的优点也适用于其他半导体器件。本专利技术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。而且,对于该多晶氮化镓自立基板而言,基板表面(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(例如c轴、a轴等方位)以各种角度倾斜的方式分布,其平均倾斜角为1~10°。此外,EBSD是在对结晶性材料照射电子束时,利用在试样表面产生的电子背散射衍射来观测菊池线衍射图形、亦即EBSD图形,得到与试样的结晶系或结晶方位相关的信息的公知方法,通过与扫描电子显微镜(SEM)进行组合,一边使电子束扫描一边测定并解析EBSD图形,得到与微小区域的结晶系或结晶方位的分布相关的信息。另外,通过如上所述那样使多晶氮化镓自立基板的构成粒子在大致法线方向上沿特定结晶方位取向,并且使这些构成粒子的取向方位以规定范围内的平均倾斜角倾斜,能够降低基板表面的缺陷密度。降低缺陷密度的原因虽然尚未阐明,但是,推测可能是以下原因:氮化镓系单晶粒子的取向方位发生若干倾斜,使得因与制造时使用的基底基板(典型的是取向多晶烧结体)的晶格不匹配而产生的缺陷彼此缔合,在粒子内容易消失。而且,还可以认为是取向方位发生若干倾斜而使得缺陷也相对于法线方向倾斜发展,在晶界部消失。在此基础上,通过使用这样的构成粒子的取向方位倾斜了的多晶氮化镓自立基板来构成发光元件,与使用构成粒子的取向方位未倾斜的多晶氮化镓自立基板的发光元件相比,能够获得高发光效率。能够获得高发光效率的原因虽然尚未阐明,但是,推测可能是以下原因:由于如上所述,基板的缺陷密度低,所以在其上生长的发光功能层的缺陷密度也低,其结果,能够获得高发光效率。此外,推测还可能是由于在基板上形成的发光功能层也具有取向方位发生了倾斜的结构,因而光导出效率得以提高。构成多晶氮化镓自立基板的多个氮化镓系单晶粒子在大致法线方向上沿特定结晶方位取向。特定结晶方位可以是氮化镓能够具有的任意结晶方位(例如c轴、a轴等)。例如、在多个氮化镓系单晶粒子在大致法线方向上沿c面取向的情况下,基板表面的各构成粒子被配置成其c轴朝向大致法线方向(即、使c面从基板表面露出)。而且,构成多晶氮化镓自立基板的多个氮化镓系单晶粒子在大致法线方向上沿特定结晶方位取向,并且各个构成粒子以各种角度发生若干倾斜。即、基板表面整体上呈在大致法线方向上沿规定的特定结晶方位取向,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。该特有的取向状态如上所述,可以利用基板表面(板表面)的EBSD的反极图成像(例如参照图2)来评价。即、基板表面的利用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,其倾斜角的平均值(平均倾斜角)为1~10°,优选1~8°,进一步优选本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种多晶氮化镓自立基板,由在所述基板的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,其中,基板表面的利用电子背散射衍射法亦即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°,规定为所述多晶氮化镓自立基板的厚度T与在所述多晶氮化镓自立基板的表面露出的所述氮化镓系单晶粒子在最外表面的截面平均直径DT之比的纵横尺寸比T/DT为0.7以上。

【技术特征摘要】
2014.03.31 JP 2014-071342;2014.05.30 JP PCT/JP20141.一种多晶氮化镓自立基板,由在所述基板的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,其中,基板表面的利用电子背散射衍射法亦即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°,规定为所述多晶氮化镓自立基板的厚度T与在所述多晶氮化镓自立基板的表面露出的所述氮化镓系单晶粒子在最外表面的截面平均直径DT之比的纵横尺寸比T/DT为0.7以上。2.根据权利要求1所述的多晶氮化镓自立基板,其特征在于:利用所述电子背散射衍射法亦即EBSD的反极图成像测定的氮化镓系单晶粒子中的80%以上具有1~10°范围内的倾斜角。3.根据权利要求1或2所述的多晶氮化镓自立基板,其特征在于:所述氮化镓系单晶粒子的倾斜角按照高斯分布来分布。4.根据权利要求1~3中的任一项所述的多晶氮化镓自立基板,其特征在于:具有1×104个/cm2以下的缺陷密度。5.根据权利要求1~3中的任一项所述的多晶氮化镓自立基板,其特征在于:具有1×102个/cm2以下的缺陷密度。6.根据权利要求1~5中的任一项所述的多晶氮化镓自立基板,其特征在于:所述多晶氮化镓自立基板在其大致法线方向具有单晶结构。7.根据权利要求1~6中的任一项所述的多晶氮化镓自立基板,其特征在于:在所述多晶氮化镓自立基板的表面露出的所述氮化镓系单晶粒子不夹隔晶界而连通至该多晶氮化镓自立基板的背面。8.根据权利要求1~7中的任一项所述的多晶氮化镓自立基板,其特征在于:在所述多晶氮化镓自立基板的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...

【专利技术属性】
技术研发人员:渡边守道吉川润仓冈義孝七泷努
申请(专利权)人:日本碍子株式会社
类型:发明
国别省市:日本,JP

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