(57)【要約】窒化ガリウム基板は、上面及び底面を有する。上面をカソードルミネッセンスによって観測したときに、線状の高輝度発光部と、前記高輝度発光部に隣接する低輝度発光領域とを有しており、弾性定数C11が200GPa以上、290GPa以下である。【選択図】            図１
2019039342.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上面及び底面を有する窒化ガリウム基板であって、
前記上面をカソードルミネッセンスによって観測したときに、線状の高輝度発光部と、前記高輝度発光部に隣接する低輝度発光領域とを有しており、弾性定数C11が200GPa以上、290GPa以下であることを特徴とする、窒化ガリウム基板。
【請求項２】
密度が6.0ｇ／ｃｍ3以上、6.2ｇ／ｃｍ3以下であることを特徴とする、請求項１記載の窒化ガリウム基板。
【請求項３】
転位密度が1×106cm-2以下であることを特徴とする、請求項１または２記載の窒化ガリウム基板。
【請求項４】
波長400〜1500nmの光に対する吸収係数が4cm-1以下であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一つの請求項に記載の窒化ガリウム基板。
【請求項５】
比抵抗率が102Ωcm以下であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一つの請求項に記載の窒化ガリウム基板。
【請求項６】
前記高輝度発光部が前記窒化ガリウム基板を構成する窒化ガリウム結晶のｍ面に沿って延びている部分を含むことを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一つの請求項に記載の窒化ガリウム基板。
【請求項７】
前記高輝度発光部が概ね前記窒化ガリウム結晶の前記ｍ面に沿って延びていることを特徴とする、請求項６記載の窒化ガリウム基板。
【請求項８】
前記上面におけるＸ線ロッキングカーブの(０００２)面反射の半値幅が３０００秒以下、２０秒以上であることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一つの請求項に記載の窒化ガリウム基板。
【請求項９】
前記窒化ガリウム基板の前記上面に略垂直な断面においてボイドが観測されないことを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一つの請求項に記載の窒化ガリウム基板。
【請求項１０】
前記高輝度発光部が連続相を形成しており、前記低輝度発光領域が前記高輝度発光部によって区画された不連続相を形成していることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一つの請求項に記載の窒化ガリウム基板。
【請求項１１】
前記上面におけるＸ線ロッキングカーブの(１０００)面反射の半値幅が１００００秒以下、２０秒以上であることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか一つの請求項に記載の窒化ガリウム基板。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか一つの請求項に記載の窒化ガリウム基板からなることを特徴とする、自立基板。
【請求項１３】
請求項１２記載の自立基板および
前記窒化ガリウム基板の前記上面上に設けられた機能層を有することを特徴とする、機能素子。
【請求項１４】
前記機能層の機能が、発光機能、整流機能または電力制御機能であることを特徴とする、請求項１３記載の機能素子。
【請求項１５】
支持基板、および
前記支持基板上に設けられた請求項１〜１１のいずれか一つの請求項に記載の窒化ガリウム基板
を備えていることを特徴とする、複合基板。
【請求項１６】
請求項１５記載の複合基板、および
前記窒化ガリウム基板の前記上面上に設けられた機能層を有することを特徴とする、機能素子。
【請求項１７】
前記機能層の機能が、発光機能、整流機能または電力制御機能であることを特徴とする、請求項１６記載の機能素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化ガリウム基板、自立基板および機能素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
単結晶基板を用いた発光ダイオード（ＬＥＤ）等の発光素子として、サファイア（α−アルミナ単結晶）上に各種窒化ガリウム（ＧａＮ）層を形成したものが知られている。例えば、サファイア基板上に、ｎ型ＧａＮ層、ＩｎＧａＮ層からなる量子井戸層とＧａＮ層からなる障壁層とが交互積層された多重量子井戸層（ＭＱＷ）、及びｐ型ＧａＮ層が順に積層形成された構造を有するものが量産化されている。【０００３】
特許文献１には、HVPE法で作製された窒化ガリウム単結晶において、弾性定数C11 が340〜380GPaであることが示されている。具体的には、「弾性定数C11が348GPa以上、365GPa以下かつ弾性定数C13が90GPa以上、98GPa以下、または、弾性定数C11が352GPa以上、362GPa以下かつ弾性定数C13が86GPa以上、93GPa以下」であれば、窒化ガリウム単結晶体を成長させる際および成長させた窒化ガリウム単結晶体を基板状などに加工する際、ならびに基板状の窒化ガリウム単結晶体上に半導体層を形成して半導体デバイスを製造する際に、クラックの発生が抑制できるとしている。【０００４】
また、特許文献２では、計算や実験から窒化ガリウムの弾性定数C11が296〜396GPaであることが示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第4957751
【特許文献２】Appl.  Phys.  Lett.,  Vol.70,   No.9,  3  March  1997
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
最近の技術動向では、半導体系の発光素子を自動車用ヘッドランプやプロジェクター用光源などの高輝度光源に用いることが求められている。このため、窒化ガリウム基板上にレーザーダイオード（LD）素子やLED素子を作製した場合、発光効率のさらなる向上が求められている。しかし、従来の窒化ガリウム基板上に発光素子を成膜した場合、発光効率の改善にはまだ限界があり、ブレークスルーが求められていた。また、発光素子以外の半導体系機能素子、例えば整流素子などにおいても、機能のさらなる向上が求められる。【０００７】
本発明の課題は、窒化ガリウム基板上に設けられた半導体系機能素子において、発光効率等の機能を更に向上させることである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上面及び底面を有する窒化ガリウム基板であって、
前記上面をカソードルミネッセンスによって観測したときに、線状の高輝度発光部と、前記高輝度発光部に隣接する低輝度発光領域とを有しており、弾性定数C11が200GPa以上、290GPa以下であることを特徴とする。【０００９】
また、本発明は、前記窒化ガリウム基板からなることを特徴とする、自立基板に係るものである。【００１０】
また、本発明は、前記自立基板および
前記窒化ガリウム基板の上面上に設けられた機能層を有することを特徴とする、機能素子に係るものである。【００１１】
また、本発明は、支持基板、および
前記支持基板上に設けられた前記窒化ガリウム基板
を備えていることを特徴とする、複合基板に係るものである。【００１２】
また、本発明は、前記複合基板、および
前記窒化ガリウム基板の上面上に設けられた機能層を有することを特徴とする、機能素子に係るものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の窒化ガリウム基板は、上面をカソードルミネッセンスによって観測したときに、線状の高輝度発光部と、前記高輝度発光部に隣接する低輝度発光領域とを有しており、弾性定数C11が200〜290GPaと従来のものよりも低い。こうした窒化ガリウム基板の上面上に、発光層などの機能層を形成することで、機能層の応力が低下し、ピエゾ分極が低減することで機能向上することが判明した。特に、これによって正孔と電子の再結合確率が増加し、発光効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】（ａ）は、支持基板１上にアルミナ層２、種結晶層３および窒化ガリウム基板１３を設けた状態を示し、（ｂ）は、支持基板から分離された窒化ガリウム基板１３を示す。
【図２】窒化ガリウム基板１３の上面１３ａのカソードルミネセンス像を説明するための模式図である。
【図３】窒化ガリウム基板１３の上面１３ａのカソードルミネセンス像を示す写真である。
【図４】図３の部分拡大写真である。
【図５】図４のカソードルミネセンス像に対応する模式図である。
【図６】窒化ガリウム基板１３の断面のカソードルミネセンス像を示す写真である。
【図７】窒化ガリウム基板１３の断面を示す走査型電子顕微鏡写真である。
【図８】本発明に係る機能素子２１を示す模式図である。
【図９】窒化ガリウム基板の上面の走査型電子顕微鏡による撮像写真である。
【図１０】ＣＬ画像から生成したグレースケールのヒストグラムを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明を更に詳細に説明する。
（窒化ガリウム基板）
本発明の窒化ガリウム基板は、窒化ガリウムからなり、上面及び底面を有する。例えば、図１（ｂ）に示すように、窒化ガリウム基板１３では、上面１３ａと底面１３ｂとが対向している。
【００１６】
窒化ガリウム基板を構成する窒化ガリウムには、亜鉛、カルシウムや、その他のｎ型ドーパント又はｐ型ドーパントでドープされていてもよく、この場合、窒化ガリウム基板を、ｐ型電極、ｎ型電極、ｐ型層、ｎ型層等の基材以外の部材又は層として使用することができる。ｐ型ドーパントの好ましい例としては、ベリリウム（Ｂｅ）、マグネシウム（Ｍｇ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、及びカドミウム（Ｃｄ）からなる群から選択される１種以上が挙げられる。ｎ型ドーパントの好ましい例としては、シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、スズ（Ｓｎ）及び酸素（Ｏ）からなる群から選択される１種以上が挙げられる。
【００１７】
ここで、窒化ガリウム基板１３の上面１３ａをカソードルミネッセンス（ＣＬ）によって観測したときに、図２に模式的に示すように、線状の高輝度発光部５と、高輝度発光部５に隣接する低輝度発光領域６とを有している。
【００１８】
更に、本発明においては、窒化ガリウム基板の弾性定数C11を200GPa以上、290GPa以下とする。弾性定数C11を290GPa以下とすることによって、窒化ガリウム基板上に設けられる機能層に対する応力が低減され、機能層の機能が全体にわたって著しく向上する。この観点からは、窒化ガリウム基板の弾性定数C11を270GPa以下とすることが更に好ましい。また、窒化ガリウム基板の弾性定数C11を200GPa未満とすることは現実的には困難であるので、200GPa以上とするが、210GPa以上とすることが更に好ましい。
【００１９】
窒化ガリウム基板の弾性定数C11は、以下のようにして測定する。すなわち、長さ35mm×幅5mm×厚み0.3mmの試験片（厚み方向がc軸）を作製し、試験片について室温、大気中でひずみゲージ法により３点曲げ試験を行い、荷重−ひずみ線図を取得し、曲げ弾性率を求める。試験速度を0.5mm/minとし、支点間距離を30mmとする。
【００２０】
好適な実施形態においては、窒化ガリウム基板を構成する窒化ガリウムの密度が6.0ｇ／ｃｍ3以上、6.2ｇ／ｃｍ3以下である。窒化ガリウムの密度を6.0ｇ／ｃｍ3以上とすることで、機能層の結晶性を更に向上させることができる。また、窒化ガリウムの密度が6.2ｇ／ｃｍ3超になると不純物濃度が高く結晶性が低下してしまう。
窒化ガリウムの密度は、JIS  Z  8807に従い、幾何学的測定により算出するものとする。
【００２１】
好適な実施形態においては、窒化ガリウム基板の上面における転位密度が１×１０6／ｃｍ２以下であり、これによって窒化ガリウム基板上に設けられる機能層の欠陥を低減できる。こうした観点からは、窒化ガリウム基板の上面における転移密度を１×１０4／ｃｍ２以下とすることが機能素子の特性向上の観点から特に好ましい。また、この転位密度は１×１０２／ｃｍ２以上となることが多い。
【００２２】
転位密度の測定には、ＣＬ検出器付きの走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いることができる。例えばＧａｔａｎ製ＭｉｎｉＣＬシステム付きの日立ハイテクノロジーズ製Ｓ−３４００Ｎ走査電子顕微鏡を用いてＣＬ観察した場合、転位箇所が発光せずに黒点（ダークスポット）として観察される。そのダークスポット密度を計測する事により、転位密度が算出される。測定条件は、ＣＬ検出器を試料と対物レンズの間に挿入した状態で、加速電圧１０ｋＶ、プローブ電流「９０」、ワーキングディスタンス（Ｗ．Ｄ．）２２．５ｍｍ、倍率１２００倍で観察するのが好ましい。
【００２３】
好適な実施形態においては、窒化ガリウム基板を構成する窒化ガリウムの波長400〜1500nmの光に対する吸収係数が4cm-1以下である。
このような窒化ガリウム基板であれば、例えば発光素子に用いた際に、発光波長の光に対する吸収が小さいため、高効率な発光素子を得ることができる。こうした観点からは、窒化ガリウムの波長400〜1500nmの光に対する吸収係数を3cm-1以下とすることが更に好ましい。また、窒化ガリウムの波長400〜1500nmの光に対する吸収係数は3cm-1以上であることが多い。
【００２４】
窒化ガリウムの吸収係数は、分光光度計を用いて対象とする波長の光の全透過率および全反射率を測定することにより、算出する。測定条件は以下の通りである。
測定装置：  SolidSpec−3700DUV  紫外可視近赤外分光光度計（島津社製）
スリット幅：  8nm  （250〜720nm）    20nm（720〜1600nm）
光源：  ハロゲンランプ
検出器：  PMT（870nm以下）
InGaAs  （870nm〜1650nm）
付属装置：  大型試料室  積分球（60 mmφ）  スペクトラロン
入射角：  透過測定：0°    全反射測定：8°
リファレンス：  全反射測定：  Alミラー
【００２５】
好適な実施形態においては、窒化ガリウム基板を構成する窒化ガリウムの比抵抗率が1×102Ωcm以下であり、これによって導電性が高い基板を得ることができる。こうした観点からは、窒化ガリウムの比抵抗率を5×10-1Ωcm以下とすることが更に好ましい。
窒化ガリウムの比抵抗率は、ホール測定（東陽テクニカ社製ホール測定器）から求める。
【００２６】
本発明によれば、窒化ガリウム基板の上面をカソードルミネッセンスによって観測したときに、線状の高輝度発光部と、高輝度発光部に隣接する低輝度発光領域とを有している。これは、上面に線状の高輝度発光部が現れていることから、窒化ガリウム結晶に含有されるドーパント成分や微量成分等が濃い線状の高輝度発光部を生成していることを意味している。
【００２７】
好適な実施形態においては、高輝度発光部が、窒化ガリウム結晶のｍ面に沿って延びている部分を含む。線状の高輝度発光部がｍ面に沿って延びているということは、結晶成長時にそのｍ面に沿ってドーパントが集まり、この結果、濃い線状の高輝度発光部がｍ面に沿って現れることを意味する。
【００２８】
これらのような新規な微構造を有する窒化ガリウム基板によって、寸法を大きくしても（例えば径６インチ以上としても）、転位密度を低くでき、全体にわたって特性のばらつきを少なくできるような窒化ガリウム基板を提供することができる。
【００２９】
ただし、ＣＬによる観測は以下のようにして行うものとする。
ＣＬ観察には、ＣＬ検出器付きの走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いる。例えばＧａｔａｎ製ＭｉｎｉＣＬシステム付きの日立ハイテクノロジーズ製Ｓ−３４００Ｎ走査電子顕微鏡を用いた場合、測定条件は、ＣＬ検出器を試料と対物レンズの間に挿入した状態で、加速電圧１０ｋＶ、プローブ電流「９０」、ワーキングディスタンス（Ｗ．Ｄ．）２２．５ｍｍ、倍率５０倍で観察するのが好ましい。
【００３０】
また、高輝度発光部と低輝度発光領域とは、カソードルミネッセンスによる観測から以下のようにして区別する。
加速電圧１０ｋＶ、プローブ電流「９０」、ワーキングディスタンス（Ｗ．Ｄ．）２２．５ｍｍ、倍率５０倍でＣＬ観察した画像の輝度に対して、画像解析ソフト（例えば、三谷商事（株）製ＷｉｎＲＯＯＦ  Ｖｅｒ６．１．３）を用いて、縦軸を度数、横軸を輝度（ＧＲＡＹ）として、２５６段階のグレースケールのヒストグラムを作成する。ヒストグラムには、図１０のように、２つのピークが確認され、２つのピーク間で度数が最小値となる輝度を境界として、高い側を高輝度発光部、低い側を低輝度発光領域と定義する。
【００３１】
また、窒化ガリウム基板の上面では、線状の高輝度発光部に低輝度発光領域が隣接する。これによって、隣り合う低輝度発光領域は、それらの間にある線状の高輝度発光部によって区分される。ここで、高輝度発光部が線状であるとは、隣り合う低輝度発光領域の間で高輝度発光部が細長く伸びていて境界線をなしている状態を示す。
【００３２】
ここで、高輝度発光部がなしている線は、直線であってよく、また曲線であってよく、更には直線と曲線との組み合わせであってもよい。曲線は円弧、楕円、放物線、双曲線などの種々の形態を含んでいても良い。また、互いに方向の異なる高輝度発光部が連続していて良いが、高輝度発光部の末端が切れていても良い。
【００３３】
窒化ガリウム基板の上面においては、低輝度発光領域は、その下に成長してきた窒化ガリウム結晶の露出面であってよく、面状に、二次元的に広がっている。一方、高輝度発光部は線状をなしているが、隣り合う低輝度発光領域を区分する境界線のように一次元的に伸びている。これは、例えば、下から成長してきた窒化ガリウム結晶からドーパント成分や微量成分等が排出され、成長過程で隣り合う窒化ガリウム結晶の間に集まり、上面において隣り合う低輝度発光領域の間に、線状に強く発光する部分を生成したものと考えられる。
【００３４】
例えば図３に、実施例で得られた窒化ガリウム基板の上面のＣＬ観察による写真を示す。図４は、図３の部分拡大図であり、図５は図４に対応する模式図である。低輝度発光領域が面状に、二次元的に広がっており、高輝度発光部は線状をなしており、隣り合う低輝度発光領域を区分する境界線のように一次元的に伸びていることがわかる。
【００３５】
このことから、低輝度発光領域の形状には特に制限はなく、通常は面状に、二次元的に伸びているものである。一方、高輝度発光部が形成する線は、細長いものである必要がある。こうした観点からは、高輝度発光部の幅は、１００μｍ以下であることが好ましく、２０μｍ以下であることが更に好ましく、５μｍ以下であることが特に好ましい。また、高輝度発光部の幅は通常０．０１μｍ以上である。
【００３６】
また、本発明の観点からは、高輝度発光部の長さと幅との比率（長さ／幅）は、１以上が好ましく、１０以上が更に好ましい。
【００３７】
また、本発明の観点からは、上面において、高輝度発光部の面積の低輝度発光領域の面積に対する比率（高輝度発光部の面積／低輝度発光領域の面積）は、０．００１以上であることが好ましく、０．０１以上であることが更に好ましい。
また、本発明の観点からは、上面において、高輝度発光部の面積の低輝度発光領域の面積に対する比率（高輝度発光部の面積／低輝度発光領域の面積）は、０．３以下であることが好ましく、０．１以下であることが更に好ましい。
【００３８】
好適な実施形態においては、高輝度発光部が、窒化ガリウム結晶のｍ面に沿って延びる部分を含む。例えば、図２、図５の例においては、高輝度発光部５は細長い線状に延びており、ｍ面に沿って伸びる部分５ａ、５ｂ、５ｃを多く含んでいる。六方晶である窒化ガリウム結晶のｍ面に沿った方向とは、具体的には、[-2110]、[-12-10]、[11-20]、[2-1-10]、[1-210]、[-1-120]方向であり、高輝度発光部５は、六方晶を反映した略六角形の辺の一部を含む。また、線状の高輝度発光部がｍ面に沿って伸びているとは、高輝度発光部の長手方向が[-2110]、[-12-10]、[11-20]、[2-1-10]、[1-210]、[-1-120]方向のいずれかに沿って延びていることを意味している。具体的には、線状高輝度発光部の長手方向がｍ面に対して、好ましくは±１°以内、さらに好ましくは±０．３°以内である場合を含む。
【００３９】
好適な実施形態においては、上面において、線状の高輝度発光部が、概ね窒化ガリウム結晶のｍ面に沿って延びている。これは高輝度発光部の主要部分がｍ面に沿って延びていることを意味しており、好ましくは高輝度発光部の連続相がほぼｍ面に沿って延びている。この際、ｍ面に沿った方向に伸びる部分は、高輝度発光部の全長のうち６０％以上を占めていることが好ましく、８０％以上を占めていることが更に好ましく、実質的に高輝度発光部の全体を占めていてもよい。
【００４０】
好適な実施形態においては、窒化ガリウム基板の上面において、高輝度発光部が連続相を形成しており、低輝度発光領域が高輝度発光部によって区画された不連続相を形成している。例えば、図２、図５の模式図では、線状の高輝度発光部５は連続相を形成しており、低輝度発光領域６が高輝度発光部５によって区画された不連続相を形成している。
【００４１】
ただし、連続相とは、上面において、高輝度発光部５が連続していることを意味するが、高輝度発光部５すべてが完全に連続していることを必須としているわけではなく、全体のパターンに影響しない範囲で少量の高輝度発光部５が他の高輝度発光部５に対して分離されていることは許容するものとする。
【００４２】
また、分散相とは、低輝度発光領域６が概ね高輝度発光部５によって区画されていて、互いにつながらない多数の領域に分かれていることを意味する。また、上面において、低輝度発光領域６が高輝度発光部５によって分離されていても、窒化ガリウム基板の内部において低輝度発光領域６が連続していることは許容される。
【００４３】
好適な実施形態においては、窒化ガリウム基板の上面におけるＸ線ロッキングカーブの(０００２)面反射の半値幅が３０００秒以下、２０秒以上である。これは、上面において、表面チルト角が小さく、結晶方位が全体として単結晶のように高度に配向していることを示している。前述したようなカソードルミネッセンス分布を有している上で、このような全体として表面での結晶方位が高度に配向している微構造であると、窒化ガリウム基板の上面における特性分布が小さくでき、その上に設けられる各種機能素子の特性を均一に揃えることが可能であり、また機能素子の歩留りも改善する。
【００４４】
こうした観点からは、窒化ガリウム基板の上面におけるＸ線ロッキングカーブの(０００２)面反射の半値幅が１０００秒以下、２０秒以上であることが好ましく、５００秒以下、２０秒以上であることがより一層好ましい。なお、窒化ガリウム基板の上面におけるＸ線ロッキングカーブの(０００２)面反射の半値幅を２０秒未満まで小さくすることは現実的には困難である。
【００４５】
ただし、Ｘ線ロッキングカーブ（０００２）面反射は以下のように測定する。ＸＲＤ装置（例えばＢｒｕｋｅｒ−ＡＸＳ製Ｄ８−ＤＩＳＣＯＶＥＲ）を用いて、測定条件は管電圧４０ｋＶ、管電流４０ｍＡ、コリメータ径０．１ｍｍ、アンチスキャッタリングスリット３ｍｍで、ω＝ピーク位置角度±０．３°の範囲、ωステップ幅０．００３°、及び計数時間１秒に設定して行えばよい。この測定ではＧｅ（０２２）非対称反射モノクロメーターでＣｕＫα線を平行単色光化（半値幅２８秒）し、あおり角ＣＨＩ＝０°付近で軸立てた上で測定するのが好ましい。そして、Ｘ線ロッキングカーブ（０００２）面反射の半値幅は、ＸＲＤ解析ソフトウェア（Ｂｒｕｋｅｒ−ＡＸＳ製、ＬＥＰＴＯＳ４．０３）を用いてピークサーチを行い算出する事ができる。ピークサーチ条件は、Ｎｏｉｓｅ  Ｆｉｌｔｅｒ「１０」、Ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ「０．３０」、Ｐｏｉｎｔｓ「１０」とすることが好ましい。
【００４６】
窒化ガリウム基板の上面に略垂直な断面は、ＣＬによって観察すると、図６に示すように、白く発光する線状の高輝度発光部が観察されることがある。なお、図６において、低輝度発光領域が面状に、二次元的に広がっており、高輝度発光部は線状をなしており、隣り合う低輝度発光領域を区分する境界線のように伸びていることがわかる。こうした高輝度発光部および低輝度発光領域の観測方法は、上面における高輝度発光部および低輝度発光領域の観測方法と同じである。
【００４７】
窒化ガリウム基板の断面における低輝度発光領域の形状には特に制限はなく、通常は面状に、二次元的に伸びているものである。一方、高輝度発光部が形成する線は、細長いものである必要がある。こうした観点からは、高輝度発光部の幅は、１００μｍ以下であることが好ましく、２０μｍ以下であることが更に好ましい。また、高輝度発光部の幅は通常０．０１μｍ以上である。
【００４８】
また、本発明の観点からは、窒化ガリウム基板の断面における発光部の長さと幅との比率（長さ／幅）は、１以上が好ましく、  １０以上が更に好ましい。
【００４９】
好適な実施形態においては、窒化ガリウム基板の上面と略垂直な前記断面において、線状の高輝度発光部が連続相を形成しており、低輝度発光領域が高輝度発光部によって区画された不連続相を形成している。例えば、図６のＣＬ写真では、線状の高輝度発光部は連続相を形成しており、低輝度発光領域が高輝度発光部によって区画された不連続相を形成している。
【００５０】
ただし、連続相とは、前記断面において、高輝度発光部が連続していることを意味するが、高輝度発光部すべてが完全に連続していることを必須としているわけではなく、全体のパターンに影響しない範囲で少量の高輝度発光部が他の高輝度発光部に対して分離されていることは許容するものとする。
【００５１】
また、分散相とは、低輝度発光領域が概ね高輝度発光部によって区画されていて、互いにつながらない多数の領域に分かれていることを意味する。
【００５２】
好適な実施形態においては、窒化ガリウム基板の上面に略垂直な断面においてボイドが観測されない。すなわち、図６のＣＬ写真と同一視野である、図７に示すＳＥＭ写真において、ボイド（空隙）や窒化ガリウム結晶相以外の異なる結晶相は観測されない。ただし、ボイドの観測は以下のようにして行う。
【００５３】
ボイドは、窒化ガリウム基板の上面に略垂直な断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察した際に観察され、最大幅が１μｍ〜５００μｍの大きさの空隙を「ボイド」とする。このＳＥＭ観察には、例えば日立ハイテクノロジーズ製Ｓ−３４００Ｎ走査電子顕微鏡を用いる。測定条件は、加速電圧１５ｋＶ、プローブ電流「６０」、ワーキングディスタンス（Ｗ．Ｄ．）６．５ｍｍ、倍率１００倍で観察するのが好ましい。
また、走査型電子顕微鏡（上記した観察条件）では、窒化ガリウム基板の上面に略垂直な断面を観察した際に、ボイドなどの構造的マクロ欠陥を伴うような明らかな粒界は観察されない。こうした微構造であると、発光素子などの機能素子を窒化ガリウム基板上に作製した場合、明らかな粒界に起因するような抵抗上昇や特性のばらつきを抑制する事ができると考えられる。
【００５４】
また、好適な実施形態においては、窒化ガリウム基板の上面におけるＸ線ロッキングカーブの(０００２)面反射の半値幅が３０００秒以下、２０秒以上、かつ、 (１０００)面反射の半値幅が１００００秒以下、２０秒以上である。これは上面における表面チルト角および表面ツイスト角が共に小さく、結晶方位が全体として単結晶のようにより高度に配向していることを示している。このような全体として表面での結晶方位がより高度に配向している微構造であると、窒化ガリウム基板の上面における特性分布が小さくでき、その上に設けられる各種機能素子の特性を均一に揃えることが可能であり、また機能素子の歩留りも改善する。
【００５５】
また、好適な実施形態においては、窒化ガリウム基板の上面におけるＸ線ロッキングカーブの(１０００)面反射の半値幅が１００００秒以下、２０秒以上である。これは、上面における表面ツイスト角度が非常に低く、結晶方位が全体として単結晶のように高度に配向していることを示している。前述したようなカソードルミネッセンス分布を有している上で、このような全体として表面での結晶方位が高度に配向している微構造であると、窒化ガリウム基板の上面における特性分布が小さくでき、その上に設けられる各種機能素子の特性を均一に揃えることが可能であり、また機能素子の歩留りも改善する。
【００５６】
こうした観点からは、窒化ガリウム基板の上面におけるＸ線ロッキングカーブの(１０００)面反射の半値幅は、５０００秒以下であることが好ましく、更には１０００秒以下、更には２０秒以上であることが一層好ましい。この半値幅を２０秒未満まで低下させることは現実的には困難である。
【００５７】
ただし、Ｘ線ロッキングカーブ（１０００）面反射は以下のように測定する。ＸＲＤ装置（例えばＢｒｕｋｅｒ−ＡＸＳ製Ｄ８−ＤＩＳＣＯＶＥＲ）を用いて、測定条件は管電圧４０ｋＶ、管電流４０ｍＡ、コリメータなし、アンチスキャッタリングスリット３ｍｍで、ω＝ピーク位置角度±０．３°の範囲、ωステップ幅０．００３°、及び計数時間４秒に設定して行えばよい。この測定ではＧｅ（０２２）非対称反射モノクロメーターでＣｕＫα線を平行単色光化（半値幅２８秒）し、あおり角ＣＨＩ＝８８°付近で軸立てた上で測定するのが好ましい。そして、Ｘ線ロッキングカーブ（１０００）面反射の半値幅は、ＸＲＤ解析ソフトウェア（Ｂｒｕｋｅｒ−ＡＸＳ製、ＬＥＰＴＯＳ４．０３）を用いてピークサーチを行い算出する事ができる。ピークサーチ条件は、Ｎｏｉｓｅ  Ｆｉｌｔｅｒ「１０」、Ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ「０．３０」、Ｐｏｉｎｔｓ「１０」とすることが好ましい。
【００５８】
（好適な製法例）
以下、窒化ガリウム基板の好適な製法を例示する。
本発明の窒化ガリウム基板は、下地基板上に種結晶層を形成し、その上に窒化ガリウム結晶から構成される基板を形成することにより製造することができる。
【００５９】
例えば図１に例示するように、下地基板は、単結晶基板１上にアルミナ層２を形成したものを用いることができる。単結晶基板１はサファイア、ＡｌＮテンプレート、ＧａＮテンプレート、ＧａＮ自立基板、ＳｉＣ単結晶、ＭｇＯ単結晶、スピネル（ＭｇＡｌ２Ｏ４）、ＬｉＡｌＯ２、ＬｉＧａＯ２、ＬａＡｌＯ３，ＬａＧａＯ３，ＮｄＧａＯ３等のペロブスカイト型複合酸化物、ＳＣＡＭ（ＳｃＡｌＭｇＯ４）を例示できる。また組成式〔Ａ１−ｙ（Ｓｒ１−ｘＢａｘ）ｙ〕〔（Ａｌ１−ｚＧａｚ）１−ｕ・Ｄｕ〕Ｏ３（Ａは、希土類元素である；Ｄは、ニオブおよびタンタルからなる群より選ばれた一種以上の元素である；ｙ＝０．３〜０．９８；ｘ＝０〜１；ｚ＝０〜１；ｕ＝０．１５〜０．４９；ｘ＋ｚ＝０．１〜２）の立方晶系のペロブスカイト構造複合酸化物も使用できる。
【００６０】
アルミナ層２の形成方法は公知の技術を用いることができ、スパッタリング、ＭＢＥ（分子線エピタキシー）法、蒸着、ミストＣＶＤ法、ゾルゲル法、エアロゾルデポジション（ＡＤ）法、或いはテープ成形等で作製したアルミナシートを上記単結晶基板に貼り合わせる手法が例示され、特にスパッタリング法が好ましい。必要に応じてアルミナ層を形成後に熱処理やプラズマ処理、イオンビーム照射を加えたものを用いることができる。熱処理の方法は特に限定がないが、大気雰囲気、真空、或いは水素等の還元雰囲気、窒素・Ａｒ等の不活性雰囲気で熱処理すればよく、ホットプレス（ＨＰ）炉、熱間静水圧プレス（ＨＩＰ）炉等を用いて加圧下で熱処理を行っても良い。
【００６１】
また、下地基板としてサファイア基板に上記と同様の熱処理やプラズマ処理、イオンビーム照射を加えたものも用いることができる。
【００６２】
次いで、例えば図１（ａ）に示すように、上記のように作製したアルミナ層２上または上記のように熱処理やプラズマ処理、イオンビーム照射を加えた単結晶基板１上に種結晶層３を設ける。種結晶層３を構成する材質は、ＩＵＰＡＣで規定する１３族元素の一種または二種以上の窒化物とする。この１３族元素は、好ましくはガリウム、アルミニウム、インジウムである。また、１３族元素窒化物結晶は、具体的には、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＮ、ＧａｘＡｌ１−ｘＮ（１＞ｘ＞０）、ＧａｘＩｎ１−ｘＮ（１＞ｘ＞０）、ＧａｘＡｌｙＩｎＮ１―ｘ−ｙ（１＞ｘ＞０、１＞ｙ＞０）が好ましい。
【００６３】
種結晶層３の作製方法は特に限定されないが、ＭＯＣＶＤ（有機金属気相成長法）、ＭＢＥ（分子線エピタキシー法）、ＨＶＰＥ（ハイドライド気相成長法）、スパッタリング等の気相法、Ｎａフラックス法、アモノサーマル法、水熱法、ゾルゲル法等の液相法、粉末の固相成長を利用した粉末法、及びこれらの組み合わせが好ましく例示される。
例えば、ＭＯＣＶＤ法による種結晶層の形成は、４５０〜５５０℃にて低温成長緩衝ＧａＮ層を２０〜５０ｎｍ堆積させた後に、１０００〜１２００℃にて厚さ２〜４μｍのＧａＮ膜を積層させることにより行うのが好ましい。
【００６４】
窒化ガリウム基板１３は、種結晶層３の結晶方位に概ね倣った結晶方位を有するように形成する。窒化ガリウム基板の形成方法は、種結晶膜の結晶方位に概ね倣った結晶方位を有する限り特に限定がなく、ＭＯＣＶＤ、ＨＶＰＥ等の気相法、Ｎａフラックス法、アモノサーマル法、水熱法、ゾルゲル法等の液相法、粉末の固相成長を利用した粉末法、及びこれらの組み合わせが好ましく例示されるが、Ｎａフラックス法により行われるのが特に好ましい。
【００６５】
Ｎａフラックス法によって窒化ガリウム基板を形成する際には、融液を強く攪拌し、融液を充分に均一に混ぜることが好ましい。こうした攪拌方法として、揺動や回転、振動方式が挙げられるが、方法は限定されない。
【００６６】
Ｎａフラックス法による窒化ガリウム基板の形成は、種結晶基板を設置した坩堝に１３族金属、金属Ｎａ及び所望によりドーパント（例えばゲルマニウム（Ｇｅ）、シリコン（Ｓｉ）、酸素（Ｏ）等のｎ型ドーパント、又はベリリウム（Ｂｅ）、マグネシウム（Ｍｇ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、亜鉛（Ｚｎ）、カドミウム（Ｃｄ）等のｐ型ドーパント）を含む融液組成物を充填し、窒素雰囲気中で８３０〜９１０℃、３．５〜４．５ＭＰａまで昇温加圧した後、温度及び圧力を保持しつつ回転することにより行うのが好ましい。保持時間は目的の膜厚によって異なるが、１０〜１００時間程度としてもよい。
【００６７】
ここで、本発明の観点からは、窒素雰囲気中での圧力上昇速度を0.01ＭＰａ／ｍｉｎ以上、0.1ＭＰａ／ｍｉｎ以下とすることが好ましく、0.02ＭＰａ／ｍｉｎ以上、0.05ＭＰａ／ｍｉｎ以下とすることが更に好ましい。また、窒素雰囲気中での温度上昇速度を5℃／ｍｉｎ以上、20℃／ｍｉｎ以下とすることが好ましく、7℃／ｍｉｎ以上、12℃／ｍｉｎ以下とすることが更に好ましい。
【００６８】
また、こうしてＮａフラックス法により得られた窒化ガリウム結晶を砥石で研削して板面を平坦にした後、ダイヤモンド砥粒を用いたラップ加工により板面を平滑化するのが好ましい。
【００６９】
（窒化ガリウム基板の分離方法）
次いで、窒化ガリウム基板を単結晶基板から分離することによって、窒化ガリウム基板を含む自立基板を得ることができる。
【００７０】
ここで、窒化ガリウム基板を単結晶基板から分離する方法は限定されない。好適な実施形態においては、窒化ガリウム基板を育成した後の降温工程において窒化ガリウム基板を単結晶基板から自然剥離させる。
【００７１】
あるいは、窒化ガリウム基板を単結晶基板からケミカルエッチングによって分離することができる。
ケミカルエッチングを行う際のエッチャントとしては、硫酸、塩酸等の強酸や硫酸とリン酸の混合液、もしくは水酸化ナトリウム水溶液、水酸化カリウム水溶液等の強アルカリが好ましい。また、ケミカルエッチングを行う際の温度は、７０℃以上が好ましい。
【００７２】
あるいは、窒化ガリウム基板を単結晶基板からレーザーリフトオフ法によって剥離することができる。
あるいは、窒化ガリウム基板を単結晶基板から研削によって剥離することができる。
あるいは、窒化ガリウム基板を単結晶基板からワイヤーソーで剥離することができる。
【００７３】
（自立基板）
窒化ガリウム基板を単結晶基板から分離することで、自立基板を得ることができる。本発明において「自立基板」とは、取り扱う際に自重で変形又は破損せず、固形物として取り扱うことのできる基板を意味する。本発明の自立基板は発光素子等の各種半導体デバイスの基板として使用可能であるが、それ以外にも、電極（ｐ型電極又はｎ型電極でありうる）、ｐ型層、ｎ型層等の基材以外の部材又は層として使用可能なものである。この自立基板には、一層以上の他の層が更に設けられていても良い。
【００７４】
窒化ガリウム基板が自立基板を構成する場合には、自立基板の厚さは基板に自立性を付与できる必要があり、２０μｍ以上が好ましく、より好ましくは１００μｍ以上であり、さらに好ましくは３００μｍ以上である。自立基板の厚さに上限は規定されるべきではないが、製造コストの観点では３０００μｍ以下が現実的である。
【００７５】
（複合基板）
単結晶基板上に窒化ガリウム基板を設けた状態で、窒化ガリウム基板を分離することなく、他の機能層を形成するためのテンプレート基板として用いることができる。この場合、窒化ガリウム基板の厚さは、２０μｍ以上が好ましく、より好ましくは１００μｍ以上であり、さらに好ましくは３００μｍ以上である。窒化ガリウム基板の厚さに上限は規定されるべきではないが、製造コストの観点では３０００μｍ以下が現実的である。
【００７６】
（機能素子）
本発明の窒化ガリウム基板上に設けられた機能素子構造は特に限定されないが、発光機能、整流機能または電力制御機能を例示できる。
【００７７】
本発明の窒化ガリウム基板を用いた発光素子の構造やその作製方法は特に限定されるものではない。典型的には、発光素子は、窒化ガリウム基板上に発光機能層を設けることにより作製される。もっとも、窒化ガリウム基板を電極（ｐ型電極又はｎ型電極でありうる）、ｐ型層、ｎ型層等の基材以外の部材又は層として利用して発光素子を作製してもよい。
【００７８】
図８に、本発明の一態様による発光素子の層構成を模式的に示す。図８に示される発光素子２１は、自立基板１３と、この基板上に形成される発光機能層１８とを備えてなる。この発光機能層１８は、電極等を適宜設けて電圧を印加することによりＬＥＤ等の発光素子の原理に基づき発光をもたらすものである。
【００７９】
発光機能層１８が基板１３上に形成される。発光機能層１８は、基板１３上の全面又は一部に設けられてもよいし、後述するバッファ層が基板１３上に形成される場合にはバッファ層上の全面又は一部に設けられてもよい。発光機能層１８は、電極及び／又は蛍光体を適宜設けて電圧を印加することによりＬＥＤに代表される発光素子の原理に基づき発光をもたらす公知の様々な層構成を採りうる。したがって、発光機能層１８は青色、赤色等の可視光を放出するものであってもよいし、可視光を伴わずに又は可視光と共に紫外光を発光するものであってもよい。発光機能層１８は、ｐ−ｎ接合を利用した発光素子の少なくとも一部を構成するのが好ましく、このｐ−ｎ接合は、図８に示されるように、ｐ型層１８ａとｎ型層１８ｃの間に活性層１８ｂを含んでいてもよい。このとき、活性層としてｐ型層及び／又はｎ型層よりもバンドギャップが小さい層を用いたダブルへテロ接合又はシングルへテロ接合（以下、ヘテロ接合と総称する）としてもよい。また、ｐ型層−活性層−ｎ型層の一形態として、活性層の厚みを薄くした量子井戸構造を採りうる。量子井戸を得るためには活性層のバンドギャップがｐ型層及びｎ型層よりも小さくしたダブルへテロ接合が採用されるべきことは言うまでもない。また、これらの量子井戸構造を多数積層した多重量子井戸構造（ＭＱＷ）としてもよい。これらの構造をとることで、ｐ−ｎ接合と比べて発光効率を高めることができる。このように、発光機能層１８は、発光機能を有するｐ−ｎ接合及び／又はへテロ接合及び／又は量子井戸接合を備えたものであるのが好ましい。なお、２０、２２は電極の例である。
【００８０】
したがって、発光機能層１８を構成する一以上の層は、ｎ型ドーパントがドープされているｎ型層、ｐ型ドーパントがドープされているｐ型層、及び活性層からなる群から選択される少なくとも一以上を含むものであることができる。ｎ型層、ｐ型層及び（存在する場合には）活性層は、主成分が同じ材料で構成されてもよいし、互いに主成分が異なる材料で構成されてもよい。
【００８１】
発光機能層１８を構成する各層の材質は、窒化ガリウム基板を構成する結晶の結晶方位に概ね倣って成長し且つ発光機能を有するものであれば特に限定されないが、窒化ガリウム（ＧａＮ）系材料、酸化亜鉛（ＺｎＯ）系材料及び窒化アルミニウム（ＡｌＮ）系材料から選択される少なくとも１種以上を主成分とする材料で構成されるのが好ましく、ｐ型ないしｎ型に制御するためのドーパントを適宜含むものであってよい。特に好ましい材料は、窒化ガリウム（ＧａＮ）系材料である。また、発光機能層１８を構成する材料は、そのバンドギャップを制御するため、例えばＧａＮにＡｌＮ、ＩｎＮ等を固溶させた混晶としてもよい。また、直前の段落で述べたとおり、発光機能層１８は複数種の材料系からなるヘテロ接合としてもよい。例えば、ｐ型層に窒化ガリウム（ＧａＮ）系材料、ｎ型層に酸化亜鉛（ＺｎＯ）系材料を用いてもよい。また、ｐ型層に酸化亜鉛（ＺｎＯ）系材料、活性層とｎ型層に窒化ガリウム（ＧａＮ）系材料を用いてもよく、材料の組み合わせに特に限定はない。
【００８２】
発光機能層１８及びバッファ層の成膜方法は、１３族元素窒化物結晶層の結晶方位に概ね倣って成長する方法であれば特に限定されないが、ＭＯＣＶＤ、ＭＢＥ、ＨＶＰＥ、スパッタリング等の気相法、Ｎａフラックス法、アモノサーマル法、水熱法、ゾルゲル法等の液相法、粉末の固相成長を利用した粉末法、及びこれらの組み合わせが好ましく例示される。
【実施例】
【００８３】
（実施例１）
（窒化ガリウム自立基板の作製）
径φ６インチのサファイア基板１上に、０．３μｍのアルミナ膜２をスパッタリング法で成膜した後、ＭＯＣＶＤ法で厚さ２μｍの窒化ガリウムからなる種結晶膜３を成膜し、種結晶基板を得た。【００８４】
この種結晶基板を、窒素雰囲気のグローブボックス内でアルミナ坩堝の中に配置した。次に、Ｇａ／Ｇａ＋Ｎａ（ｍｏｌ％）＝１５ｍｏｌ％となるように金属ガリウムと金属ナトリウムを、ドーパントとして金属ゲルマニウムをＧａに対して３ｍｏｌ％を坩堝内に充填し、アルミナ板で蓋をした。その坩堝をステンレス製内容器に入れ、さらにそれを収納できるステンレス製外容器に入れて、蓋をした。この外容器を、予め真空ベークしてある結晶製造装置内の加熱部に設置されている回転台の上に配置し、耐圧容器に蓋をして密閉した。【００８５】
次いで、耐圧容器内を真空ポンプにて０．１Ｐａ以下まで真空引きした。続いて、上段ヒータ、中段ヒータ及び下段ヒータを調節して加熱空間の温度を８７５℃になるように加熱しながら、４．０ＭＰａまで窒素ガスボンベから窒素ガスを導入した。この際、窒素雰囲気中での圧力上昇速度を0.02ＭＰａ／ｍｉｎとし、窒素雰囲気中での温度上昇速度を8℃／ｍｉｎとした。外容器を中心軸周りに２０ｒｐｍの速度で一定周期の時計回りと反時計回りで回転させた。加速時間＝１２秒、保持時間＝６００秒、減速時間＝１２秒、停止時間＝０．５秒とした。そして、この状態で４０時間保持した。その後、室温まで自然冷却して大気圧にまで減圧した後、耐圧容器の蓋を開けて中から坩堝を取り出した。坩堝の中の固化した金属ナトリウムを除去し、種結晶基板から剥離したクラックのない窒化ガリウム自立基板を回収した。【００８６】
（評価）
得られた窒化ガリウム基板について、弾性定数C11、密度、上面の転位密度、波長400〜1500nmの光に対する吸収係数、および比抵抗率を測定した。測定結果を表１に示す。【００８７】
更に、窒化ガリウム自立基板の上面を研磨加工して、ＣＬ検出器付きの操作型電子顕微鏡（ＳＥＭ）でＣＬ観察した。その結果、図３に示すように、ＣＬ写真では窒化ガリウム結晶意内部に、白く発光する高輝度発光部が確認された。しかし、同時に、図９に示すように、同一視野をＳＥＭ観察したところ、ボイド等が確認されず、均質な窒化ガリウム結晶が成長していることが確認された。【００８８】
また、窒化ガリウム自立基板を、その上面に対して垂直な断面に切断し、切断面を研磨加工してＣＬ検出器付きの走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）でＣＬ観察した。その結果、図６に示すように、ＣＬ像では窒化ガリウム結晶内部に、白く発光する高輝度発光部が確認された。しかし、同時に、図７に示すように、同一視野をＳＥＭ観察したところ、ボイド等が確認されず、均質な窒化ガリウム結晶が成長していることが確認された。すなわち、１３族元素窒化物結晶層の断面においても、上面と同様に、ＣＬ観察では高輝度発光部が存在しているが、ＳＥＭでは同じ視野にＣＬ写真で見られる高輝度発光部と同一形状、もしくはそれに類する微構造が存在していなかった。【００８９】
（表面チルト角の測定）
窒化ガリウム結晶層の上面におけるＸ線ロッキングカーブの(０００２)面反射の半値幅を測定した結果、７３秒であった。【００９０】
（表面ツイスト角の測定）
窒化ガリウム結晶層の上面におけるＸ線ロッキングカーブの(１０００)面反射の半値幅を測定したところ、８５秒であった。【００９１】
（ＭＯＣＶＤ法による発光機能層の成膜）
ＭＯＣＶＤ法を用いて、窒化ガリウム自立基板の上面にｎ型層として１０５０℃でＳｉ原子濃度が５×１０１８／ｃｍ３になるようにドーピングしたｎ−ＧａＮ層を１μｍ堆積した。次に発光層として７５０℃で多重量子井戸層を堆積した。具体的にはＩｎＧａＮによる２．５ｎｍの井戸層を５層、ＧａＮによる１０ｎｍの障壁層を６層にて交互に積層した。次にｐ型層として９５０℃でＭｇ原子濃度が１×１０１９／ｃｍ３になるようにドーピングしたｐ−ＧａＮを２００ｎｍ堆積した。その後、ＭＯＣＶＤ装置から取り出し、ｐ型層のＭｇイオンの活性化処理として、窒素雰囲気中で８００℃の熱処理を１０分間行った。【００９２】
（発光素子の作製）
フォトリソグラフィープロセスと真空蒸着法とを用いて、窒化ガリウム自立基板のｎ−ＧａＮ層及びｐ−ＧａＮ層とは反対側の面にカソード電極としてのＴｉ／Ａｌ／Ｎｉ／Ａｕ膜をそれぞれ１５ｎｍ、７０ｎｍ、１２ｎｍ、６０ｎｍの厚みでパターニングした。その後、オーム性接触特性を良好なものとするために、窒素雰囲気中での７００℃の熱処理を３０秒間行った。さらに、フォトリソグラフィープロセスと真空蒸着法とを用いて、ｐ型層に透光性アノード電極としてＮｉ／Ａｕ膜をそれぞれ６ｎｍ、１２ｎｍの厚みにパターニングした。その後、オーム性接触特性を良好なものとするために窒素雰囲気中で５００℃の熱処理を３０秒間行った。さらに、フォトリソグラフィープロセスと真空蒸着法とを用いて、透光性アノード電極としてのＮｉ／Ａｕ膜の上面の一部領域に、アノード電極パッドとなるＮｉ／Ａｕ膜をそれぞれ５ｎｍ、６０ｎｍの厚みにパターニングした。こうして得られた基板を切断してチップ化し、さらにリードフレームに実装して、縦型構造の発光素子を得た。【００９３】
（発光素子の評価）
作製した素子から任意に選んだ１００個の個体について、カソード電極とアノード電極間に通電し、Ｉ−Ｖ測定を行ったところ、９０個について整流性が確認された。また、順方向の電流を流したところ、波長４６０ｎｍの発光が確認された。【００９４】
次いで、作製した素子について、３５０ｍＡ駆動時の内部量子効率を測定し、測定結果を表１に示した。【００９５】
【表１】
2019039342.tif 000003
【００９６】
（実施例２）
実施例１と同様にして窒化ガリウム基板および発光素子を作製し、実施例１と同様にして各種特性を測定した。
ただし、実施例1とは異なり、成長温度を８７０℃とし、窒素雰囲気中での圧力上昇速度を0.04ＭＰａ／ｍｉｎとし、窒素雰囲気中での温度上昇速度を10℃／ｍｉｎとした。得られた結果を表１に示す。【００９７】
（実施例３）
実施例１と同様にして窒化ガリウム基板および発光素子を作製し、実施例１と同様にして各種特性を測定した。
ただし、実施例1とは異なり、坩堝内に金属ゲルマニウムを充填せず、成長温度を８６５℃とし、窒素雰囲気中での圧力上昇速度を0.02ＭＰａ／ｍｉｎとし、窒素雰囲気中での温度上昇速度を12℃／ｍｉｎとした。得られた結果を表１に示す。【００９８】
（実施例４）
実施例１と同様にして窒化ガリウム基板および発光素子を作製し、実施例１と同様にして各種特性を測定した。
ただし、実施例1とは異なり、成長温度を８６０℃とし、窒素雰囲気中での圧力上昇速度を0.02ＭＰａ／ｍｉｎとし、窒素雰囲気中での温度上昇速度を8℃／ｍｉｎとした。得られた結果を表１に示す。【００９９】
（比較例１）
以下のようにしてハイドライドＶＰＥ法によって窒化ガリウム基板を作製した。
具体的には、ＩＩＩ族原料として塩化ガリウム（ＧａＣｌ）を用い、Ｖ族原料にアンモニア（ＮＨ３）ガスを用い、ハイドライドＶＰＥ法によって窒化ガリウム結晶を育成した。種結晶基板をハイドライドＶＰＥの成長装置にセットし、アンモニア雰囲気で成長温度１１５０℃に昇温した。成長温度が安定してから、ＨＣｌ流量を４０ｃｃ／毎分で供給し、ＮＨ３流量１０００ｃｃ／毎分、およびシラン、（ＳｉＨ４）流量０．０１ｃｃ／毎分でｎ型のＧａＮ結晶を成長させた。【０１００】
この状態で４時間保持して、アンモニアガス雰囲気で常温まで冷却し、成長装置より取り出したところ、窒化ガリウム結晶は約３００ミクロン成長していた。【０１０１】
得られた窒化ガリウム結晶を、実施例１と同様にして種結晶基板から分離し、窒化ガリウム基板を得た。得られた窒化ガリウム基板について、弾性定数C11、密度、上面の転位密度、波長400〜1500nmの光に対する吸収係数、各原子の含有量、および比抵抗率を測定した。測定結果を表１に示す。また、実施例１と同様にして発光素子を作製し、発光効率の測定結果を表１に示す。【０１０２】
（比較例２）
比較例1と同様にして窒化ガリウム基板および発光素子を作製し、各種特性を測定した。
ただし、比較例1とは異なり、成長温度を１１３０℃とした。得られた結果を表１に示す。
【図１】
2019039342.tif 000004
【図２】
2019039342.tif 000005
【図３】
2019039342.tif 000006
【図４】
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【図５】
2019039342.tif 000008
【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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