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KR101758548B1 - Gallium nitride self-supported substrate, light-emitting device and manufacturing method therefor - Google Patents

Gallium nitride self-supported substrate, light-emitting device and manufacturing method therefor Download PDF

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KR101758548B1
KR101758548B1 KR1020157035267A KR20157035267A KR101758548B1 KR 101758548 B1 KR101758548 B1 KR 101758548B1 KR 1020157035267 A KR1020157035267 A KR 1020157035267A KR 20157035267 A KR20157035267 A KR 20157035267A KR 101758548 B1 KR101758548 B1 KR 101758548B1
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crystal
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모리미치 와타나베
준 요시카와
츠토무 나나타키
가츠히로 이마이
도모히코 스기야마
다카시 요시노
유키히사 다케우치
게이 사토
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엔지케이 인슐레이터 엘티디
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Abstract

대략 법선 방향으로 단결정 구조를 갖는 복수의 질화갈륨계 단결정 입자로 구성되는 판으로 이루어지는 질화갈륨 자립 기판이 제공된다. 이 질화갈륨 자립 기판은, 배향 다결정 소결체를 준비하는 공정과, 배향 다결정 소결체 상에, 질화갈륨으로 이루어지는 종결정층을, 배향 다결정 소결체의 결정 방위를 대체로 따르는 결정 방위를 갖도록 형성하는 공정과, 종결정층 상에, 두께 20 ㎛ 이상의 질화갈륨계 결정으로 구성되는 층을, 종결정층의 결정 방위를 대체로 따르는 결정 방위를 갖도록 형성하는 공정과, 배향 다결정 소결체를 제거하여, 질화갈륨 자립 기판을 얻는 공정을 포함하는 방법에 의해 제조할 수 있다. 본 발명에 따르면, 저렴하면서 또한 대면적화에도 적합한, 질화갈륨 단결정 기판의 대체 재료로서 유용한 질화갈륨 자립 기판을 제공할 수 있다. There is provided a gallium nitride self-standing substrate made of a plate composed of a plurality of gallium nitride single crystal particles having a single crystal structure in a direction of a normal line. This gallium nitride self-supporting substrate includes a step of preparing an oriented polycrystalline sintered body, a step of forming a seed crystal layer of gallium nitride on the oriented polycrystalline sintered body so as to have a crystal orientation substantially corresponding to the crystal orientation of the oriented polycrystalline sintered body, Forming a layer made of a gallium nitride crystal having a thickness of 20 占 퐉 or more on the crystal layer so as to have a crystal orientation substantially corresponding to the crystal orientation of the seed crystal layer; removing the oriented polycrystalline sintered body to obtain a gallium nitride self- Or a process comprising the steps of: INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the present invention, it is possible to provide a gallium nitride self-supporting substrate useful as a substitute material for a gallium nitride monocrystalline substrate, which is inexpensive and suitable for large area.

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Figure 112015121597319-pct00005

Description

질화갈륨 자립 기판, 발광 소자 및 이들의 제조 방법{GALLIUM NITRIDE SELF-SUPPORTED SUBSTRATE, LIGHT-EMITTING DEVICE AND MANUFACTURING METHOD THEREFOR}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a gallium nitride self-supporting substrate, a light emitting device, and a method of manufacturing the same. BACKGROUND ART < RTI ID = 0.0 >

본 발명은 질화갈륨 자립 기판, 발광 소자 및 이들의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a gallium nitride self-supporting substrate, a light emitting device, and a method of manufacturing the same.

단결정 기판을 이용한 발광 다이오드(LED) 등의 발광 소자로서, 사파이어(α-알루미나 단결정) 상에 각종 질화갈륨(GaN)층을 형성한 것이 알려져 있다. 예컨대, 사파이어 기판 상에, n형 GaN층, InGaN층으로 이루어지는 양자 우물층과 GaN층으로 이루어지는 장벽층이 교대로 적층된 다중 양자 우물층(MQW), 및 p형 GaN층이 순차 적층 형성된 구조를 갖는 것이 양산화되고 있다. 또한, 이러한 용도에 알맞은 적층 기판도 제안되어 있다. 예컨대, 특허문헌 1(일본 특허공개 2012-184144호 공보)에는, 사파이어 하지(下地) 기판과, 이 기판 상에 결정 성장시켜 형성된 질화갈륨 결정층을 포함하는 질화갈륨 결정 적층 기판이 제안되어 있다. As a light emitting device such as a light emitting diode (LED) using a single crystal substrate, it is known that various gallium nitride (GaN) layers are formed on sapphire (a-alumina single crystal). For example, a structure in which a multi quantum well layer (MQW) in which an n-type GaN layer, a quantum well layer made of an InGaN layer and a barrier layer made of a GaN layer are alternately stacked, and a p-type GaN layer are sequentially laminated is formed on a sapphire substrate Have been mass-produced. A laminated substrate suitable for such use has also been proposed. For example, Japanese Unexamined Patent Publication (Kokai) No. H06-184144 proposes a gallium nitride crystal laminated substrate comprising a sapphire base substrate and a gallium nitride crystal layer formed by crystal growth on the substrate.

다만, 사파이어 기판 상에 GaN층을 형성하는 경우, GaN층은 이종 기판인 사파이어와의 사이에서 격자 정수 및 열팽창율이 일치하지 않기 때문에 전위를 일으키기 쉽다. 또한, 사파이어는 절연성 재료이기 때문에, 그 표면에 전극을 형성할 수 없고, 그 때문에, 소자의 표리에 전극을 갖춘 종형 구조의 발광 소자를 구성할 수 없다. 그래서, 질화갈륨(GaN) 단결정 상에 각종 GaN층을 형성한 LED가 주목을 받고 있다. GaN 단결정 기판이라면, GaN층과 동종의 재질이므로, 격자 정수 및 열팽창율이 정합되기 쉬워, 사파이어 기판을 이용하는 경우보다도 성능 향상을 기대할 수 있다. 예컨대, 특허문헌 2(일본 특허공개 2010-132556호 공보)에는, 두께가 200 ㎛ 이상의 자립된 n형 질화갈륨 단결정 기판이 개시되어 있다. However, when a GaN layer is formed on a sapphire substrate, the GaN layer tends to cause dislocation because the lattice constant and the thermal expansion rate do not coincide with sapphire, which is a heterogeneous substrate. Further, since sapphire is an insulating material, an electrode can not be formed on its surface, and therefore, a vertical-structured light-emitting element having electrodes on the front and back of the element can not be formed. Therefore, an LED in which various GaN layers are formed on a gallium nitride (GaN) single crystal attracts attention. GaN single crystal substrate is a material of the same kind as the GaN layer, so that the lattice constant and the thermal expansion coefficient are easily matched, and a performance improvement can be expected as compared with the case of using a sapphire substrate. For example, Patent Document 2 (Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2010-132556) discloses an independent n-type gallium nitride monocrystalline substrate having a thickness of 200 μm or more.

일본 특허공개 2012-184144호 공보Japanese Patent Application Laid-Open No. 12-184144 일본 특허공개 2010-132556호 공보Japanese Patent Application Laid-Open No. 2010-132556

그러나, 단결정 기판은 일반적으로 면적이 작으면서 또 고가의 것이다. 특히, 대면적 기판을 이용한 LED 제조의 저비용화가 요구되고 있지만, 대면적의 단결정 기판을 양산하는 것은 용이하지 않으며, 그 제조 비용은 더 높아진다. 그래서, 질화갈륨 등의 단결정 기판의 대체 재료가 될 수 있는 저렴한 재료가 요구된다. However, the monocrystalline substrate generally has a small area and is expensive. Particularly, it is required to reduce the manufacturing cost of LEDs using a large-area substrate, but it is not easy to mass-produce a large-sized monocrystalline substrate, and the manufacturing cost is higher. Therefore, an inexpensive material which can be a substitute material for a single crystal substrate such as gallium nitride is required.

본 발명자들은, 이번에, 질화갈륨 단결정 기판의 대체 재료로서, 저렴하면서 또 대면적화에도 적합한 질화갈륨 자립 기판을 제작할 수 있다는 지견을 얻었다. The inventors of the present invention have obtained the knowledge that it is now possible to fabricate a gallium nitride self-supporting substrate which is inexpensive and suitable for large-area fabrication, as a substitute material for a gallium nitride single crystal substrate.

따라서, 본 발명의 목적은, 저렴하면서 또한 대면적화에도 적합한, 질화갈륨 단결정 기판의 대체 재료로서 유용한 질화갈륨 자립 기판을 제공하는 데에 있다. Therefore, an object of the present invention is to provide a gallium nitride self-supporting substrate useful as a substitute material for a gallium nitride monocrystalline substrate, which is inexpensive and also suitable for large area.

본 발명의 일 양태에 따르면, 대략 법선 방향으로 단결정 구조를 갖는 복수의 질화갈륨계 단결정 입자로 구성되는 판으로 이루어지는 질화갈륨 자립 기판이 제공된다. According to one aspect of the present invention, there is provided a gallium nitride self-standing substrate comprising a plate composed of a plurality of gallium nitride-based single crystal particles having a single crystal structure in a normal direction.

본 발명의 다른 일 양태에 따르면, 본 발명에 의한 질화갈륨 자립 기판과, According to another aspect of the present invention, there is provided a GaN self-

상기 기판 상에 형성되고, 대략 법선 방향으로 단결정 구조를 갖는 복수의 반도체 단결정 입자로 구성되는 층을 하나 이상 갖는 발광 기능층Emitting functional layer having at least one layer formed of a plurality of semiconductor single crystal grains formed on the substrate and having a single crystal structure in a substantially normal direction,

을 구비한 발광 소자가 제공된다. Emitting layer.

본 발명의 또 다른 일 양태에 따르면, 배향 다결정 소결체를 준비하는 공정과, According to still another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing an aligned polycrystalline sintered body,

상기 배향 다결정 소결체 상에, 질화갈륨으로 이루어지는 종결정층을, 상기 배향 다결정 소결체의 결정 방위를 대체로 따르는 결정 방위를 갖도록 형성하는 공정과, Forming a seed crystal layer made of gallium nitride on the oriented polycrystalline sintered body so as to have a crystal orientation substantially corresponding to the crystal orientation of the oriented polycrystalline sintered body;

상기 종결정층 상에, 두께 20 ㎛ 이상의 질화갈륨계 결정으로 구성되는 층을, 상기 종결정층의 결정 방위를 대체로 따르는 결정 방위를 갖도록 형성하는 공정과, Forming a layer composed of a gallium nitride crystal having a thickness of 20 占 퐉 or more on the seed crystal layer so as to have a crystal orientation substantially corresponding to the crystal orientation of the seed crystal layer;

상기 배향 다결정 소결체를 제거하여, 질화갈륨 자립 기판을 얻는 공정 A step of removing the oriented polycrystalline sintered body to obtain a substrate of gallium nitride self-

을 포함하는 질화갈륨 자립 기판의 제조 방법이 제공된다. The method comprising the steps of:

본 발명의 또 다른 일 양태에 따르면, 본 발명에 의한 질화갈륨 자립 기판을 준비하거나, 또는 본 발명의 방법에 의해 상기 질화갈륨 자립 기판을 준비하는 공정과, According to still another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a gallium nitride self-sustaining substrate, comprising the steps of: preparing a gallium nitride self-supporting substrate according to the present invention;

상기 질화갈륨 자립 기판에, 상기 질화갈륨 기판의 결정 방위를 대체로 따르는 결정 방위를 갖도록, 대략 법선 방향으로 단결정 구조를 갖는 복수의 반도체 단결정 입자로 구성되는 층을 하나 이상 형성하여 발광 기능층을 설치하는 공정 At least one layer composed of a plurality of semiconductor single crystal particles having a single crystal structure in a substantially normal direction is formed on the gallium nitride free-standing substrate so as to have a crystal orientation substantially corresponding to the crystal orientation of the gallium nitride substrate, fair

을 포함하는 발광 소자의 제조 방법이 제공된다. And a light emitting device.

특히, 본 발명에 따르면, 이하의 바람직한 양태가 제공된다. In particular, according to the present invention, the following preferred embodiments are provided.

[항 1] 대략 법선 방향으로 단결정 구조를 갖는 복수의 질화갈륨계 단결정 입자로 구성되는 판으로 이루어지는 질화갈륨 자립 기판으로서, 상기 질화갈륨 자립 기판의 표면에 노출되어 있는 상기 질화갈륨계 단결정 입자가, 상기 질화갈륨 자립 기판의 이면에 입계를 통하지 않고서 연통되어 이루어지고, 상기 질화갈륨 자립 기판의 이면에 노출되어 있는 질화갈륨계 단결정 입자의 최표면에 있어서의 단면 평균 직경 DB에 대한, 상기 질화갈륨 자립 기판의 표면에 노출되어 있는 질화갈륨계 단결정 입자의 최표면에 있어서의 단면 평균 직경 DT의 비(DT/DB)가 1.0보다도 큰 질화갈륨 자립 기판. [Item 1] A gallium nitride self-supporting substrate comprising a plate composed of a plurality of gallium nitride single crystal grains having a single crystal structure in a normal direction, wherein the gallium nitride single crystal grains exposed on the surface of the gallium nitride self- Sectional area average diameter D B on the outermost surface of the gallium nitride single crystal particles exposed on the back surface of the gallium nitride self-supporting substrate, the gallium nitride self- Wherein a ratio (D T / D B ) of a cross-sectional average diameter D T on the outermost surface of the gallium nitride single crystal particles exposed on the surface of the self-supporting substrate is larger than 1.0.

[항 2] 상기 기판의 최표면에 있어서의 상기 질화갈륨계 단결정 입자의 단면 평균 직경이 0.3 ㎛ 이상인, 항 1에 기재한 질화갈륨 자립 기판. [Item 2] The gallium nitride self-standing substrate according to item 1, wherein the average diameter of the cross-section of the gallium nitride single crystal particles on the outermost surface of the substrate is 0.3 μm or more.

[항 3] 상기 단면 평균 직경이 3 ㎛ 이상인, 항 2에 기재한 질화갈륨 자립 기판. [Item 3] The gallium nitride self-standing substrate according to item 2, wherein the cross-sectional average diameter is 3 占 퐉 or more.

[항 4] 상기 단면 평균 직경이 20 ㎛ 이상인, 항 2에 기재한 질화갈륨 자립 기판. [Item 4] The gallium nitride self-standing substrate according to item 2, wherein the cross-sectional average diameter is 20 m or more.

[항 5] 20 ㎛ 이상의 두께를 갖는, 항 1~4 중 어느 한 항에 기재한 질화갈륨 자립 기판. [Item 5] A gallium nitride self-standing substrate according to any one of items 1 to 4, having a thickness of 20 m or more.

[항 6] 직경 100 mm 이상의 크기를 갖는, 항 1~5 중 어느 한 항에 기재한 질화갈륨 자립 기판. [Item 6] The GaN self-standing substrate according to any one of Items 1 to 5, having a size of 100 mm or more in diameter.

[항 7] 상기 질화갈륨계 단결정 입자가 대략 법선 방향으로 대체로 가지런한 결정 방위를 갖는, 항 1~6 중 어느 한 항에 기재한 질화갈륨 자립 기판. [Item 7] The gallium nitride self-standing substrate according to any one of items 1 to 6, wherein the gallium nitride monocrystalline grains have a crystal orientation substantially aligned in the normal direction.

[항 8] 상기 질화갈륨계 단결정 입자가 n형 도펀트 또는 p형 도펀트로 도핑되어 있는, 항 1~7 중 어느 한 항에 기재한 질화갈륨 자립 기판. [Item 8] The gallium nitride self-standing substrate according to any one of items 1 to 7, wherein the gallium nitride single crystal particle is doped with an n-type dopant or a p-type dopant.

[항 9] 상기 질화갈륨계 단결정 입자가 도펀트를 포함하지 않는, 항 1~7 중 어느 한 항에 기재한 질화갈륨 자립 기판. [Item 9] The gallium nitride self-standing substrate according to any one of items 1 to 7, wherein the gallium nitride single crystal particle does not contain a dopant.

[항 10] 상기 질화갈륨계 단결정 입자가 혼정화(混晶化)되어 있는, 항 1~9 중 어느 한 항에 기재한 질화갈륨 자립 기판. [Item 10] The gallium nitride self-standing substrate according to any one of items 1 to 9, wherein the gallium nitride single crystal particles are mixed.

[항 11] 상기 비(DT/DB)가 1.5 이상인, 항 1~10 중 어느 한 항에 기재한 질화갈륨 자립 기판. [Section 11] The ratio (D T / D B) of 1.5 or more, a self-standing gallium nitride substrate according to any one of claims 1 to 10 wherein.

[항 12] 상기 질화갈륨 자립 기판의 표면에 노출되어 있는 상기 질화갈륨계 단결정 입자의 최표면에 있어서의 단면 평균 직경 DT에 대한, 상기 질화갈륨 자립 기판의 두께 T의 비로서 규정되는 애스펙트비(T/DT)가 0.7 이상인, 항 1~11 중 어느 한 항에 기재한 질화갈륨 자립 기판. [Item 12] An aspect ratio, defined as a ratio of the thickness T of the gallium nitride self-supporting substrate to the cross-sectional average diameter D T on the outermost surface of the gallium nitride single crystal particles exposed on the surface of the gallium nitride self- (T / D T ) of the GaN substrate is 0.7 or more.

[항 13] 항 1~12 중 어느 한 항에 기재한 질화갈륨 자립 기판과, [Item 13] A GaN self-supporting substrate according to any one of Items 1 to 12,

상기 기판 상에 형성되고, 대략 법선 방향으로 단결정 구조를 갖는 복수의 반도체 단결정 입자로 구성되는 층을 하나 이상 갖는 발광 기능층 Emitting functional layer having at least one layer formed of a plurality of semiconductor single crystal grains formed on the substrate and having a single crystal structure in a substantially normal direction,

을 구비한 발광 소자. Emitting device.

[항 14] 상기 발광 기능층의 최표면에 있어서의 상기 반도체 단결정 입자의 단면 평균 직경이 0.3 ㎛ 이상인, 항 13에 기재한 자립한 발광 소자. [Item 14] The self-supporting light-emitting device according to item 13, wherein the semiconductor monocrystalline particles on the outermost surface of the light-emitting functional layer have an average cross-sectional diameter of 0.3 m or more.

[항 15] 상기 단면 평균 직경이 3 ㎛ 이상인, 항 14에 기재한 발광 소자. [Item 15] The light-emitting device according to item 14, wherein the cross-sectional average diameter is 3 占 퐉 or more.

[항 16] 상기 반도체 단결정 입자가 상기 질화갈륨 자립 기판의 결정 방위를 대체로 따라서 성장한 구조를 갖는, 항 13~15 중 어느 한 항에 기재한 발광 소자. [Item 16] A light-emitting device according to any one of items 13 to 15, wherein the semiconductor single crystal grains have a structure in which the crystal orientation of the gallium nitride self-supporting substrate is substantially grown.

[항 17] 상기 발광 기능층이 질화갈륨계 재료로 구성되는, 항 13~16 중 어느 한 항에 기재한 발광 소자. [Item 17] A light-emitting device according to any one of items 13 to 16, wherein the light-emitting functional layer is made of a gallium nitride-based material.

[항 18] 배향 다결정 소결체를 준비하는 공정과, [Item 18] A method for manufacturing a semiconductor device, comprising the steps of: preparing an oriented polycrystalline sintered body;

상기 배향 다결정 소결체 상에, 질화갈륨으로 이루어지는 종결정층을, 상기 배향 다결정 소결체의 결정 방위를 대체로 따르는 결정 방위를 갖도록 형성하는 공정과, Forming a seed crystal layer made of gallium nitride on the oriented polycrystalline sintered body so as to have a crystal orientation substantially corresponding to the crystal orientation of the oriented polycrystalline sintered body;

상기 종결정층 상에, 두께 20 ㎛ 이상의 질화갈륨계 결정으로 구성되는 층을, 상기 종결정층의 결정 방위를 대체로 따르는 결정 방위를 갖도록 형성하는 공정과, Forming a layer composed of a gallium nitride crystal having a thickness of 20 占 퐉 or more on the seed crystal layer so as to have a crystal orientation substantially corresponding to the crystal orientation of the seed crystal layer;

상기 배향 다결정 소결체를 제거하여, 질화갈륨 자립 기판을 얻는 공정 A step of removing the oriented polycrystalline sintered body to obtain a substrate of gallium nitride self-

을 포함하고, 상기 질화갈륨 자립 기판의 표면에 노출되어 있는 상기 질화갈륨계 단결정 입자가, 상기 질화갈륨 자립 기판의 이면에 입계를 통하지 않고서 연통되어 이루어지고, 상기 질화갈륨 자립 기판의 이면에 노출되어 있는 질화갈륨계 단결정 입자의 최표면에 있어서의 단면 평균 직경 DB에 대한, 상기 질화갈륨 자립 기판의 표면에 노출되어 있는 질화갈륨계 단결정 입자의 최표면에 있어서의 단면 평균 직경 DT의 비(DT/DB)가 1.0보다도 큰 질화갈륨 자립 기판의 제조 방법. Wherein the gallium nitride single crystal particles exposed on the surface of the gallium nitride free standing substrate are communicated with the back surface of the gallium nitride free standing substrate without passing through grain boundaries and are exposed on the back surface of the gallium nitride free standing substrate Sectional area average diameter D T on the outermost surface of the gallium nitride single crystal particle exposed on the surface of the gallium nitride independent substrate with respect to the cross-sectional average diameter D B on the outermost surface of the present gallium nitride single crystal grain D T / D B ) is greater than 1.0.

[항 19] 상기 배향 다결정 소결체가 배향 다결정 알루미나 소결체인, 항 18에 기재한 방법. [Item 19] The method according to item 18, wherein the oriented polycrystalline sintered body is an oriented polycrystalline alumina sintered body.

[항 20] 상기 배향 다결정 소결체를 구성하는 입자의 판면에 있어서의 평균 입경이 0.3~1000 ㎛인, 항 18 또는 19에 기재한 방법. [Item 20] The method according to item 18 or 19, wherein the average particle size of the particles constituting the oriented polycrystalline sintered body is 0.3 to 1000 탆.

[항 21] 상기 질화갈륨계 결정으로 구성되는 층이 Na 플럭스법에 의해 형성되는, 항 18~20 중 어느 한 항에 기재한 방법. [Item 21] The method according to any one of items 18 to 20, wherein the layer composed of the gallium nitride crystal is formed by the Na flux method.

[항 22] 상기 배향 다결정 소결체가 투광성을 갖는, 항 18~21 중 어느 한 항에 기재한 방법. [Item 22] The method according to any one of items 18 to 21, wherein the oriented polycrystalline sintered body has translucency.

[항 23] 항 1~12 중 어느 한 항에 기재한 질화갈륨 자립 기판을 준비하거나, 또는 항 18~22 중 어느 한 항에 기재한 방법에 의해 상기 질화갈륨 자립 기판을 준비하는 공정과, Preparing a gallium nitride self-supporting substrate according to any one of items 1 to 12, or preparing the gallium nitride self-supporting substrate according to any one of items 18 to 22,

상기 질화갈륨 자립 기판에, 상기 질화갈륨 기판의 결정 방위를 대체로 따르는 결정 방위를 갖도록, 대략 법선 방향으로 단결정 구조를 갖는 복수의 반도체 단결정 입자로 구성되는 층을 하나 이상 형성하여 발광 기능층을 설치하는 공정At least one layer composed of a plurality of semiconductor single crystal particles having a single crystal structure in a substantially normal direction is formed on the gallium nitride free-standing substrate so as to have a crystal orientation substantially corresponding to the crystal orientation of the gallium nitride substrate, fair

을 포함하는 발광 소자의 제조 방법. Emitting device.

[항 24] 상기 발광 기능층이 질화갈륨계 재료로 구성되는, 항 23에 기재한 방법. [Item 24] The method according to item 23, wherein the light-emitting functional layer is made of a gallium nitride-based material.

[항 25] 대략 법선 방향으로 단결정 구조를 갖는 복수의 질화갈륨계 단결정 입자로 구성되는 판으로 이루어지는 질화갈륨 자립 기판으로서, 상기 질화갈륨 자립 기판의 표면에 노출되어 있는 상기 질화갈륨계 단결정 입자가, 상기 질화갈륨 자립 기판의 이면에 입계를 통하지 않고서 연통되어 이루어지고, 상기 기판의 최표면에 있어서의 상기 질화갈륨계 단결정 입자의 단면 평균 직경이 20 ㎛ 이상 1000 ㎛ 이하인 질화갈륨 자립 기판. [Item 25] A gallium nitride self-supporting substrate comprising a plate composed of a plurality of gallium nitride monocrystalline grains having a single crystal structure in a normal direction, wherein the gallium nitride monocrystalline grains exposed on the surface of the gallium nitride self- Wherein the gallium nitride monocrystalline grain on the outermost surface of the substrate is not less than 20 占 퐉 and not more than 1000 占 퐉.

[항 26] 상기 단면 평균 직경이 50 ㎛ 이상 500 ㎛ 이하인, 항 25에 기재한 질화갈륨 자립 기판. [Item 26] A gallium nitride self-standing substrate according to item 25, wherein the cross-sectional average diameter is 50 占 퐉 or more and 500 占 퐉 or less.

[항 27] 20 ㎛ 이상의 두께를 갖는, 항 25 또는 26에 기재한 질화갈륨 자립 기판. [Item 27] A gallium nitride self-standing substrate according to item 25 or 26, having a thickness of 20 m or more.

[항 28] 직경 100 mm 이상의 크기를 갖는, 항 25~27 중 어느 한 항에 기재한 질화갈륨 자립 기판. [Item 28] A gallium nitride self-standing substrate according to any one of items 25 to 27, having a size of 100 mm or more in diameter.

[항 29] 상기 질화갈륨계 단결정 입자가 대략 법선 방향으로 대체로 가지런한 결정 방위를 갖는, 항 25~28 중 어느 한 항에 기재한 질화갈륨 자립 기판. [Item 29] The gallium nitride self-standing substrate according to any one of items 25 to 28, wherein the gallium nitride monocrystalline grains have a crystal orientation substantially aligned in the normal direction.

[항 30] 상기 질화갈륨계 단결정 입자가 n형 도펀트 또는 p형 도펀트로 도핑되어 있는, 항 25~29 중 어느 한 항에 기재한 질화갈륨 자립 기판. [Item 30] The gallium nitride self-standing substrate according to any one of items 25 to 29, wherein the gallium nitride single crystal particle is doped with an n-type dopant or a p-type dopant.

[항 31] 상기 질화갈륨계 단결정 입자가 도펀트를 포함하지 않는, 항 25~29 중 어느 한 항에 기재한 질화갈륨 자립 기판. [Item 31] The gallium nitride self-standing substrate according to any one of items 25 to 29, wherein the gallium nitride single crystal particle does not contain a dopant.

[항 32] 상기 질화갈륨계 단결정 입자가 혼정화되어 있는, 항 25~31 중 어느 한 항에 기재한 질화갈륨 자립 기판. [Item 32] A gallium nitride self-standing substrate according to any one of items 25 to 31, wherein the gallium nitride single crystal particles are mixed.

[항 33] 질화갈륨 자립 기판의 이면에 노출되어 있는 질화갈륨계 단결정 입자의 최표면에 있어서의 단면 평균 직경 DB에 대한, 질화갈륨 자립 기판의 표면에 노출되어 있는 질화갈륨계 단결정 입자의 최표면에 있어서의 단면 평균 직경 DT의 비(DT/DB)가 1.0보다도 큰, 항 25~32 중 어느 한 항에 기재한 질화갈륨 자립 기판. [Item 33] A method for producing gallium nitride single crystal particles, wherein the gallium nitride single crystal particles exposed on the back surface of the gallium nitride single crystal substrate have a cross-sectional average diameter D B on the outermost surface of the gallium nitride single crystal particles, 32. The gallium nitride self-standing substrate according to any one of items 25 to 32, wherein a ratio (D T / D B ) of a cross-sectional average diameter D T on the surface is larger than 1.0.

[항 34] 상기 질화갈륨 자립 기판의 표면에 노출되어 있는 상기 질화갈륨계 단결정 입자의 최표면에 있어서의 단면 평균 직경 DT에 대한, 상기 질화갈륨 자립 기판의 두께 T의 비로서 규정되는 애스펙트비(T/DT)가 0.7 이상인, 항 25~33 중 어느 한 항에 기재한 질화갈륨 자립 기판. [Item 34] An aspect ratio ratio defined as a ratio of the thickness T of the gallium nitride self-supporting substrate to the cross-sectional average diameter D T on the outermost surface of the gallium nitride single crystal particles exposed on the surface of the gallium nitride self- (T / D T ) of the GaN substrate is 0.7 or more.

[항 35] 항 25~34 중 어느 한 항에 기재한 질화갈륨 자립 기판과, [Item 35] The gallium nitride self-standing substrate described in any one of items 25 to 34,

상기 기판 상에 형성되고, 대략 법선 방향으로 단결정 구조를 갖는 복수의 반도체 단결정 입자로 구성되는 층을 하나 이상 갖는 발광 기능층 Emitting functional layer having at least one layer formed of a plurality of semiconductor single crystal grains formed on the substrate and having a single crystal structure in a substantially normal direction,

을 구비한 발광 소자. Emitting device.

[항 36] 상기 발광 기능층의 최표면에 있어서의 상기 반도체 단결정 입자의 단면 평균 직경이 20 ㎛ 이상인, 항 35에 기재한 자립한 발광 소자. [Item 36] The self-supported light-emitting device according to Item 35, wherein the semiconductor monocrystalline particles on the outermost surface of the light-emitting functional layer have an average cross-sectional area of 20 mu m or more.

[항 37] 상기 단면 평균 직경이 50 ㎛ 이상인, 항 36에 기재한 발광 소자. [Item 37] The light-emitting device according to item 36, wherein the cross-sectional average diameter is 50 占 퐉 or more.

[항 38] 상기 반도체 단결정 입자가, 상기 질화갈륨 자립 기판의 결정 방위를 대체로 따라서 성장한 구조를 갖는, 항 35~37 중 어느 한 항에 기재한 발광 소자. [Item 38] The light emitting device according to any one of items 35 to 37, wherein the semiconductor single crystal particles have a structure in which the crystal orientation of the gallium nitride self-supporting substrate is substantially grown.

[항 39] 상기 발광 기능층이 질화갈륨계 재료로 구성되는, 항 35~38 중 어느 한 항에 기재한 발광 소자. [Item 39] The light-emitting element described in any one of items 35 to 38, wherein the light-emitting functional layer is made of a gallium nitride-based material.

[항 40] 배향 다결정 소결체를 준비하는 공정과, A method for manufacturing a sintered body,

상기 배향 다결정 소결체 상에, 질화갈륨으로 이루어지는 종결정층을, 상기 배향 다결정 소결체의 결정 방위를 대체로 따르는 결정 방위를 갖도록 형성하는 공정과, Forming a seed crystal layer made of gallium nitride on the oriented polycrystalline sintered body so as to have a crystal orientation substantially corresponding to the crystal orientation of the oriented polycrystalline sintered body;

상기 종결정층 상에, 두께 20 ㎛ 이상의 질화갈륨계 결정으로 구성되는 층을, 상기 종결정층의 결정 방위를 대체로 따르는 결정 방위를 갖도록 형성하는 공정과, Forming a layer composed of a gallium nitride crystal having a thickness of 20 占 퐉 or more on the seed crystal layer so as to have a crystal orientation substantially corresponding to the crystal orientation of the seed crystal layer;

상기 배향 다결정 소결체를 제거하여, 질화갈륨 자립 기판을 얻는 공정 A step of removing the oriented polycrystalline sintered body to obtain a substrate of gallium nitride self-

을 포함하고, 상기 질화갈륨 자립 기판의 표면에 노출되어 있는 상기 질화갈륨계 단결정 입자가, 상기 질화갈륨 자립 기판의 이면에 입계를 통하지 않고서 연통되어 이루어지고, 상기 기판의 최표면에 있어서의 질화갈륨계 단결정 입자의 단면 평균 직경이 20 ㎛ 이상 1000 ㎛ 이하인 질화갈륨 자립 기판의 제조 방법. Wherein the gallium nitride single crystal particles exposed on the surface of the gallium nitride free standing substrate are connected to the back surface of the gallium nitride free standing substrate without passing through grain boundaries, Wherein the single-crystal single-crystal grains have a cross-sectional average diameter of 20 mu m or more and 1000 mu m or less.

[항 41] 상기 배향 다결정 소결체가 배향 다결정 알루미나 소결체인, 항 40에 기재한 방법. [Item 41] The method according to item 40, wherein the oriented polycrystalline sintered body is an oriented polycrystalline alumina sintered body.

[항 42] 상기 배향 다결정 소결체를 구성하는 입자의 판면에 있어서의 평균 입경이 0.3~1000 ㎛인, 항 40 또는 41에 기재한 방법. [Item 42] The method according to item 40 or 41, wherein the average particle size of the particles constituting the oriented polycrystalline sintered body is 0.3 to 1000 탆.

[항 43] 상기 질화갈륨계 결정으로 구성되는 층이 Na 플럭스법에 의해 형성되는, 항 40~42 중 어느 한 항에 기재한 방법. [Item 43] A method according to any one of items 40 to 42, wherein the layer composed of the gallium nitride crystal is formed by the Na flux method.

[항 44] 상기 배향 다결정 소결체가 투광성을 갖는, 항 40~43 중 어느 한 항에 기재한 방법. [Item 44] The method according to any one of items 40 to 43, wherein the oriented polycrystalline sintered body has translucency.

[항 45] 항 25~34 중 어느 한 항에 기재한 질화갈륨 자립 기판을 준비하거나, 또는 항 40~44 중 어느 한 항에 기재한 방법에 의해 상기 질화갈륨 자립 기판을 준비하는 공정과, [45] A process for producing a gallium nitride self-standing substrate according to any one of items 25 to 34, or a method for manufacturing a gallium nitride self-standing substrate according to any one of items 40 to 44,

상기 질화갈륨 자립 기판에, 상기 질화갈륨 기판의 결정 방위를 대체로 따르는 결정 방위를 갖도록, 대략 법선 방향으로 단결정 구조를 갖는 복수의 반도체 단결정 입자로 구성되는 층을 하나 이상 형성하여 발광 기능층을 설치하는 공정 At least one layer composed of a plurality of semiconductor single crystal particles having a single crystal structure in a substantially normal direction is formed on the gallium nitride free-standing substrate so as to have a crystal orientation substantially corresponding to the crystal orientation of the gallium nitride substrate, fair

을 포함하는 발광 소자의 제조 방법. Emitting device.

[항 46] 상기 발광 기능층이 질화갈륨계 재료로 구성되는, 항 45에 기재한 방법. [Item 46] The method according to item 45, wherein the luminescent functional layer is composed of a gallium nitride-based material.

도 1은 본 발명의 질화갈륨 자립 기판을 이용하여 제작된 종형 발광 소자의 일례를 도시하는 모식 단면도이다.
도 2는 예 4에서 측정된 질화갈륨 결정의 단면의 역(逆)극점도 방위 맵핑이다.
도 3은 예 4에서 측정된 질화갈륨 결정의 판면(표면)의 역극점도 방위 맵핑이다.
도 4는 예 4에서 측정된 질화갈륨 결정과 배향 알루미나 기판과의 계면 부근의 결정립 맵핑이다.
도 5는 예 4 및 5에서 고찰되는 질화갈륨 결정의 성장 거동의 개념도이다.
도 6은 예 5에서 측정된 질화갈륨 결정의 단면의 역극점도 방위 맵핑이다.
1 is a schematic cross-sectional view showing an example of a vertical type light emitting device manufactured using the gallium nitride self-supporting substrate of the present invention.
Fig. 2 is a reverse polar plot of the cross-section of the gallium nitride crystal measured in Example 4. Fig.
Fig. 3 is an inverse pole-point bearing mapping of the plate surface (surface) of the gallium nitride crystal measured in Example 4. Fig.
Fig. 4 is a crystal mapping in the vicinity of the interface between the gallium nitride crystal and the oriented alumina substrate measured in Example 4. Fig.
Fig. 5 is a conceptual diagram of the growth behavior of gallium nitride crystals discussed in Examples 4 and 5. Fig.
6 is an inverse pole-point orientation mapping of the cross section of the gallium nitride crystal measured in Example 5. Fig.

질화갈륨Gallium nitride 자립 기판 Self-supporting substrate

본 발명의 질화갈륨 기판은 자립 기판의 형태를 가질 수 있다. 본 발명에서 「자립 기판」이란, 취급할 때에 자신의 중량으로 변형 또는 파손되지 않고, 고형물로서 취급할 수 있는 기판을 의미한다. 본 발명의 질화갈륨 자립 기판은 발광 소자 등의 각종 반도체 디바이스의 기판으로서 사용 가능한데, 그 이외에도, 전극(p형 전극 또는 n형 전극일 수 있다), p형층, n형층 등의 기재 이외의 부재 또는 층으로서 사용할 수 있는 것이다. 한편, 이하의 설명에서는, 주된 용도의 하나인 발광 소자를 예로 본 발명의 이점을 기술하는 경우가 있지만, 동일 내지는 유사한 이점은 기술적 정합성을 해치지 않는 범위 내에서 다른 반도체 디바이스에도 적용될 수 있다. The gallium nitride substrate of the present invention may have the form of a self-supporting substrate. In the present invention, the term " self-supporting substrate " means a substrate that can be handled as a solid without being deformed or broken by its own weight when handled. The gallium nitride self-standing substrate of the present invention can be used as a substrate of various semiconductor devices such as a light emitting device. In addition to this, a substrate other than a substrate such as an electrode (which may be a p-type electrode or an n-type electrode), a p- Layer. On the other hand, in the following description, the advantages of the present invention are described by exemplifying a light emitting element which is one of main applications, but the same or similar advantages can be applied to other semiconductor devices within a range that does not impair technical consistency.

본 발명의 질화갈륨 자립 기판은, 대략 법선 방향으로 단결정 구조를 갖는 복수의 질화갈륨계 단결정 입자로 구성되는 판으로 이루어진다. 즉, 질화갈륨 자립 기판은, 수평면 방향으로 이차원적으로 연결되어 이루어지는 복수의 반도체 단결정 입자로 구성되어 있고, 그 때문에, 대략 법선 방향으로는 단결정 구조를 갖게 된다. 따라서, 질화갈륨 자립 기판은, 전체적으로는 단결정이 아니지만, 국소적인 도메인 단위에서는 단결정 구조를 갖기 때문에, 발광 기능 등의 디바이스 특성을 확보하기에 충분한 높은 결정성을 가질 수 있다. 그러면서도, 본 발명의 질화갈륨 자립 기판은 단결정 기판이 아니다. 전술한 대로, 단결정 기판은 일반적으로 면적이 작고 또 고가의 것이다. 특히, 최근 대면적 기판을 이용한 LED 제조의 저비용화가 요구되고 있지만, 대면적의 단결정 기판을 양산하는 것은 용이하지 않으며, 그 제조 비용은 더 높아진다. 이들 결점이 본 발명의 질화갈륨 자립 기판에 의하면 해소된다. 즉, 본 발명에 따르면, 저렴하면서 대면적화에도 알맞은, 질화갈륨 단결정 기판의 대체 재료로서 유용한 질화갈륨 자립 기판을 제공할 수 있다. 또한, p형 내지 n형 도펀트의 도입에 의해 도전성을 갖게 한 질화갈륨을 기판으로 함으로써, 종형 구조의 발광 소자를 실현할 수 있고, 이에 따라 휘도를 높일 수 있다. 게다가, 면발광 조명 등에 이용되는 대면적의 면발광 소자도 저비용으로 실현할 수 있게 된다. 특히, 본 발명의 질화갈륨 자립 기판을 이용하여 종형 LED 구조를 제작하는 경우, 자립 기판을 구성하는 복수의 질화갈륨계 단결정 입자가 대략 법선 방향으로 단결정 구조를 갖기 때문에, 전류 패스 중에 고저항의 입계가 존재하지 않게 되고, 그 결과, 바람직한 발광 효율이 예상된다. 이 점에서, 법선 방향으로도 입계가 존재하는 배향 다결정 기판인 경우에는, 종형 구조로 하여도 전류 패스 상에 고저항의 입계가 존재하기 때문에, 발광 효율이 낮아질 우려가 있다. 이들 관점에서, 본 발명의 질화갈륨 자립 기판은 종형 LED 구조에도 바람직하게 이용할 수 있다. The gallium nitride free standing substrate of the present invention comprises a plate composed of a plurality of gallium nitride single crystal grains having a single crystal structure in a direction of a normal line. That is, the gallium nitride self-sustaining substrate is composed of a plurality of semiconductor single crystal grains two-dimensionally connected in the horizontal plane direction, and therefore has a single crystal structure in a substantially normal direction. Therefore, the gallium nitride self-supporting substrate is not a single crystal as a whole but has a single crystal structure in a local domain unit, so that it can have high crystallinity enough to secure device characteristics such as a light emitting function. However, the gallium nitride self-standing substrate of the present invention is not a single crystal substrate. As described above, a single crystal substrate generally has a small area and is expensive. Particularly, in recent years, it is required to reduce the cost of manufacturing LEDs using a large area substrate, but it is not easy to mass-produce a large-area single crystal substrate, and the manufacturing cost is higher. These drawbacks are solved by the gallium nitride self-supporting substrate of the present invention. That is, according to the present invention, it is possible to provide a gallium nitride self-supporting substrate useful as a substitute material for a gallium nitride monocrystalline substrate, which is inexpensive and suitable for enlargement. Further, by using gallium nitride which is made conductive by the introduction of the p-type or n-type dopant as the substrate, it is possible to realize a vertical-structured light-emitting device, thereby increasing the luminance. In addition, a large-area surface emitting element used for surface emitting illumination or the like can be realized at low cost. Particularly, when the vertical LED structure is manufactured using the gallium nitride self-supporting substrate of the present invention, since the plurality of gallium nitride single crystal grains constituting the self-supporting substrate have a single crystal structure in the normal direction, No system exists, and as a result, a desirable luminous efficiency is expected. In this respect, in the case of an oriented polycrystalline substrate having a grain boundary in the normal direction, there is a possibility that the luminous efficiency is lowered because a high-resistance grain boundary exists on the current path even in the vertical type structure. From these viewpoints, the gallium nitride self-standing substrate of the present invention can be suitably used for a vertical LED structure.

바람직하게는, 자립 기판을 구성하는 복수의 질화갈륨계 단결정 입자는, 대략 법선 방향으로 대체로 가지런한 결정 방위를 갖는다. 「대략 법선 방향으로 대체로 가지런한 결정 방위」란, 반드시 법선 방향으로 완전히 가지런한 결정 방위라고는 할 수 없고, 자립 기판을 이용한 발광 소자 등의 디바이스가 원하는 디바이스 특성을 확보할 수 있는 한, 법선 내지 그와 유사한 방향으로 어느 정도 가지런한 결정 방위이면 된다는 것을 의미한다. 제법에서 유래하는 표현을 하자면, 질화갈륨계 단결정 입자는, 질화갈륨 자립 기판을 제조할 때에 하지 기재로서 사용한 배향 다결정 소결체의 결정 방위를 대체로 따라서 성장한 구조를 갖는다고도 말할 수 있다. 「배향 다결정 소결체의 결정 방위를 대체로 따라서 성장한 구조」란, 배향 다결정 소결체의 결정 방위의 영향을 받은 결정 성장이 가져온 구조를 의미하며, 반드시 배향 다결정 소결체의 결정 방위를 완전히 따라서 성장한 구조라고는 할 수 없고, 자립 기판을 이용한 발광 소자 등의 디바이스가 원하는 디바이스 특성을 확보할 수 있는 한, 배향 다결정 소결체의 결정 방위를 어느 정도 따라서 성장한 구조라도 좋다. 즉, 이 구조는 배향 다결정 소결체와 다른 결정 방위로 성장하는 구조도 포함한다. 그러한 의미에서, 「결정 방위를 대체로 따라서 성장한 구조」라는 표현은 「결정 방위에 대체로 유래하여 성장한 구조」라고 바꿔 말할 수도 있으며, 이 바꿔 말하기 및 상기 의미는 본 명세서에서의 동종의 표현에 마찬가지로 적용된다. 따라서, 그와 같은 결정 성장은 에피택셜 성장에 의한 것이 바람직하지만, 이것에 한정되지 않고, 그와 유사한 여러 가지 결정 성장의 형태라도 좋다. 어떻든 간에, 이와 같이 성장함으로써, 질화갈륨 자립 기판은 대략 법선 방향에 대해서는 결정 방위가 대체로 가지런한 구조로 할 수 있다. Preferably, the plurality of gallium nitride-based single crystal grains constituting the self-supporting substrate have a crystal orientation oriented substantially in the normal direction. The term " substantially oriented crystal orientation in the direction of the normal line " is not necessarily a crystal orientation that is perfectly aligned in the normal direction. As long as a device such as a light emitting device using a self- It means that the crystal orientation should be somewhat aligned in a similar direction. It can also be said that the gallium nitride single crystal grain has a structure in which the crystal orientation of the oriented polycrystalline sintered body used as the base substrate is grown substantially in accordance with the production method. The term " structure in which the crystal orientation of the oriented polycrystalline sintered body is substantially grown " means a structure in which crystal growth is influenced by the crystal orientation of the oriented polycrystalline sintered body and is necessarily a structure in which the crystal orientation of the oriented polycrystalline sintered body is completely grown And the crystal orientation of the oriented polycrystalline sintered body may be grown to some extent as long as device characteristics such as a light emitting device using a self-supporting substrate can secure desired device characteristics. That is, this structure also includes a structure that grows in a crystal orientation different from that of the oriented polycrystalline sintered body. In that sense, the expression " a structure grown substantially along a crystal orientation " may be said to be a " structure grown largely from a crystal orientation ", and this phrase and the same meaning apply to the same expression in the present specification . Therefore, such crystal growth is preferably performed by epitaxial growth, but the present invention is not limited to this, and various crystal growth types similar thereto may be used. Whatever the case, by growing in this way, the gallium nitride self-supporting substrate can have a structure in which the crystal orientation is substantially aligned with respect to the normal direction.

따라서, 질화갈륨 자립 기판은, 법선 방향으로 본 경우에 단결정으로 관찰되고, 수평면 방향의 절단면에서 본 경우에 입계가 관찰되는 주상 구조의 질화갈륨계 단결정 입자의 집합체라고 파악하는 것도 가능하다. 여기서, 「주상(柱狀) 구조」란, 전형적인 세로로 긴 기둥 형상만을 의미하는 것은 아니고, 가로로 긴 형상, 사다리꼴 형상 및 사다리꼴을 거꾸로 한 것과 같은 형상 등, 다양한 형상을 포함하는 의미로서 정의된다. 다만, 전술한 바와 같이, 질화갈륨 자립 기판은 법선 내지 그것과 유사한 방향으로 어느 정도 가지런한 결정 방위를 갖는 구조면 되며, 반드시 엄밀한 의미에서 주상 구조일 필요는 없다. 주상 구조가 되는 원인은, 전술한 대로, 질화갈륨 자립 기판의 제조에 이용되는 배향 다결정 소결체의 결정 방위의 영향을 받아 질화갈륨 단결정 입자가 성장하기 때문이라고 생각된다. 이 때문에, 주상 구조라고도 말할 수 있는 질화갈륨 단결정 입자의 단면의 평균 입경(이하, 단면 평균 직경이라고 함)은 성막 조건뿐만 아니라, 배향 다결정 소결체의 판면의 평균 입경에도 의존하는 것으로 생각된다. 질화갈륨 자립 기판을 발광 소자의 발광 기능층의 일부로서 이용하는 경우, 입계가 있음으로써 단면 방향의 빛의 투과율이 나빠, 빛이 산란 내지 반사한다. 이 때문에, 법선 방향으로 빛을 추출하는 구조의 발광 소자인 경우, 입계로부터의 산란광에 의해 휘도가 높아지는 효과도 기대된다. Therefore, it is possible to grasp that the gallium nitride self-supporting substrate is an aggregate of gallium nitride single crystal particles having a columnar structure in which the grain boundary is observed when viewed in the normal direction and viewed in the single crystal in the horizontal plane direction. Here, the " columnar structure " does not only mean a typical vertically long columnar shape but also a meaning including various shapes such as a horizontally elongated shape, a trapezoidal shape, and a trapezoidal inverted shape . However, as described above, the gallium nitride free-standing substrate has a structure having a crystal orientation somewhat aligned with a direction normal to the normal direction, and it is not necessarily a columnar structure in a strict sense. It is considered that the cause of the columnar structure is that the gallium nitride single crystal grain grows under the influence of the crystal orientation of the oriented polycrystalline sintered body used for manufacturing the gallium nitride self-supporting substrate, as described above. For this reason, it is considered that the average grain size (hereinafter referred to as the average cross-sectional diameter) of the cross section of the gallium nitride single crystal grain, which may be referred to as the pillar structure, depends not only on the film forming conditions but also on the average grain size of the surface of the oriented polycrystalline sintered body. In the case where the gallium nitride self-supporting substrate is used as a part of the light-emitting functional layer of the light emitting device, the light transmittance in the cross-directional direction is deteriorated due to the presence of the grain boundary, and the light is scattered or reflected. Therefore, in the case of a light emitting device having a structure for extracting light in the normal direction, an effect of increasing brightness by scattered light from grain boundaries is also expected.

전술한 바와 같이, 본 발명의 질화갈륨 자립 기판을 이용하여 종형 LED 구조로 하는 경우, 발광 기능층이 형성되게 되는 자립 기판 표면과, 전극이 형성되게 되는 자립 기판 이면은 입계를 통하지 않고서 연통되어 있는 것이 바람직하다. 즉, 질화갈륨 자립 기판의 표면에 노출되어 있는 질화갈륨계 단결정 입자가, 질화갈륨 자립 기판의 이면에 입계를 통하지 않고서 연통되어 이루어지는 것이 바람직하다. 입계가 존재하면 통전시에 저항을 가져오기 때문에, 발광 효율을 저하시키는 요인이 된다. As described above, in the vertical LED structure using the gallium nitride self-sustaining substrate of the present invention, the self-supporting substrate surface on which the light-emitting functional layer is to be formed and the back surface of the self-supporting substrate on which the electrodes are to be formed, . That is, it is preferable that the gallium nitride single crystal particles exposed on the surface of the gallium nitride self-supporting substrate communicate with the back surface of the gallium nitride self-supporting substrate without passing through the grain boundaries. If the grain boundary exists, it causes resistance to the display, which causes a decrease in luminous efficiency.

그런데, 기상이나 액상을 통한 에피택셜 성장을 이용하여 질화갈륨 결정을 성장시키는 경우, 성막 조건에 따라 다르기도 하지만, 법선 방향뿐만 아니라, 수평 방향으로도 성장이 생긴다. 이 때, 성장의 기점이 되는 입자나 그 위에 제작한 종결정의 품질에 변동이 있으면, 개개의 질화갈륨 결정의 성장 속도가 다르고, 예컨대 도 5에 개념적으로 도시하는 것과 같이, 고속 성장하는 입자가 성장 속도가 느린 입자를 덮는 식으로 성장하는 경우가 있다. 이러한 성장 거동을 취하는 경우, 기판 이면측보다도 기판 표면측의 입자 쪽이 대입경화되기 쉽게 된다. 이 경우, 성장이 느린 결정은 성장이 도중에 정지하여, 어느 한 단면에서 관찰하면 법선 방향으로도 입계가 관측될 수 있다. 그러나, 기판 표면에 노출된 입자는 기판 이면과 입계를 통하지 않고서 연통되어 있어, 전류를 흘리는 데에 있어서의 저항상(抵抗相)은 없다. 바꿔 말하면, 질화갈륨 결정을 성막한 후, 기판 표면측(제조시에 하지 기판인 배향 다결정 소결체와 접하고 있었던 쪽과 반대쪽)에 노출된 입자는, 입계를 통하지 않고서 이면에 연통되어 있는 입자가 지배적이게 되기 때문에, 종형 구조의 LED의 발광 효율을 높인다는 관점에서는 기판 표면측에 발광 기능층을 제작하는 것이 바람직하다. 한편, 기판 이면측(제조시에 하지 기판인 배향 다결정 소결체와 접하고 있었던 쪽)은 기판 표면측과 연통하지 않는 입자도 혼재하기 때문에(예컨대 도 5를 참조), 기판 이면측에 발광 기능층을 제작하면 발광 효율이 저하할 우려가 있다. 또한, 전술한 바와 같이, 이러한 성장 거동의 경우는 성장에 따라 대입경화되기 때문에, 질화갈륨 자립 기판의 표리면은 질화갈륨 결정의 입경이 큰 쪽이 기판 표면측, 작은 쪽이 기판 이면측이라고도 바꿔 말할 수 있다. 즉, 질화갈륨 자립 기판에 있어서, 종형 구조의 LED의 발광 효율을 높인다는 관점에서는, 질화갈륨 결정의 입경이 큰 쪽(기판 표면측)에 발광 기능층을 제작하는 것이 바람직하다. 한편, 하지 기판에 c면 등에 배향된 배향 다결정 알루미나 소결체를 이용하는 경우, 기판 표면측(제조시에 하지 기판인 배향 다결정 알루미나 소결체와 접하고 있었던 쪽과 반대쪽)이 갈륨면으로 되고, 기판 이면측(제조시에 하지 기판인 배향 다결정 알루미나 소결체와 접하고 있었던 쪽)이 질소면으로 된다. 즉, 질화갈륨 자립 기판의 갈륨면은, 입계를 통하지 않고서 이면에 연통되어 있는 입자가 지배적으로 된다. 이 때문에, 종형 구조의 LED의 발광 효율을 높인다는 관점에서는, 갈륨면측(기판 표면측)에 발광 기능층을 제작하는 것이 바람직하다. However, in the case of growing gallium nitride crystal by epitaxial growth through vapor phase or liquid phase, growth may occur not only in the normal direction but also in the horizontal direction, depending on the deposition conditions. At this time, if there is a change in the quality of the grain as the starting point of growth and the quality of the final definition made thereon, the growth rate of the individual gallium nitride crystal is different. For example, as shown in FIG. 5, It may grow in such a way as to cover slow particles. When this growth behavior is taken, the particles on the substrate surface side are more likely to be hardened by substitution than the substrate backside. In this case, crystals having a slow growth are stopped on the way of growth, and the grain boundary can be observed in the normal direction as viewed from any one end face. However, the particles exposed on the surface of the substrate are communicated with the back surface of the substrate without passing through the grain boundaries, and there is no low (resistance phase) in current flow. In other words, after the formation of the gallium nitride crystal, the particles exposed on the substrate surface side (opposite to the side where the substrate is in contact with the oriented polycrystalline sintered body at the time of manufacturing) are predominantly particles communicating with the back surface , It is preferable to fabricate the light-emitting functional layer on the substrate surface side from the viewpoint of increasing the luminous efficiency of the vertical-structured LED. On the other hand, since the backside of the substrate (the side which was in contact with the oriented polycrystalline sintered body as the base substrate at the time of manufacturing) also contains particles that do not communicate with the substrate surface side (see, for example, FIG. 5) There is a possibility that the light emitting efficiency is lowered. In addition, as described above, in the case of such a growth behavior, the large-size gallium nitride free-standing substrate is referred to as the substrate front surface side and the small one is the substrate back surface side I can tell. That is, in the GaN self-supporting substrate, it is preferable to fabricate the light-emitting functional layer on the side where the grain diameter of the gallium nitride crystal is large (toward the front surface of the substrate) from the viewpoint of enhancing the luminous efficiency of the vertical-structured LED. On the other hand, in the case of using the oriented polycrystalline alumina sintered body oriented in the c-plane or the like on the base substrate, the surface of the substrate (opposite to the side in contact with the oriented polycrystalline alumina sintered body, The side which had been in contact with the oriented polycrystalline alumina sintered body as the base substrate) became a nitrogen surface. That is, the gallium surface of the gallium nitride self-supporting substrate is predominantly in contact with the back surface of the substrate without passing through the grain boundary. Therefore, from the viewpoint of increasing the luminous efficiency of the vertical-structured LED, it is preferable to fabricate the light-emitting functional layer on the gallium surface side (substrate front surface side).

따라서, 기판 표면측의 입자가 기판 이면측의 입자보다 대입경화되는 성장 거동을 취하는 경우, 즉 기판 표면에 노출되어 있는 질화갈륨계 단결정 입자의 단면 평균 직경이, 기판 이면에 노출되어 있는 질화갈륨계 단결정 입자의 단면 평균 직경보다도 크면, 발광 효율이 높아지기 때문에 바람직하다(이것은, 기판 표면에 노출되어 있는 질화갈륨계 단결정 입자의 개수가, 기판 이면에 노출되어 있는 질화갈륨계 단결정 입자의 개수보다도 적은 것이 바람직하다고 바꿔 말할 수도 있다). 구체적으로는, 질화갈륨 자립 기판의 이면에 노출되어 있는 질화갈륨계 단결정 입자의 최표면에 있어서의 단면 평균 직경(이하, 기판 이면의 단면 평균 직경 DB이라고 함)에 대한, 질화갈륨 자립 기판의 표면에 노출되어 있는 질화갈륨계 단결정 입자의 최표면에 있어서의 단면 평균 직경(이하, 기판 표면의 단면 평균 직경 DT이라고 함)의 비(DT/DB)가 1.0보다도 큰 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 1.5 이상, 더욱 바람직하게는 2.0 이상, 특히 바람직하게는 3.0 이상, 가장 바람직하게는 5.0 이상이다. 단, 상기 비(DT/DB)가 너무 높으면 반대로 발광 효율이 저하하는 경우가 있기 때문에, 20 이하가 바람직하고, 10 이하가 보다 바람직하다. 발광 효율이 변화되는 원인은 분명하지 않지만, 상기 비(DT/DB)가 높으면 대입경화에 의해서 발광에 기여하지 않는 입계 면적이 감소하거나, 혹은 대입경화됨으로써 결정 결함이 저감되기 때문이라고 생각된다. 결정 결함이 감소하는 원인도 분명하지 않지만, 결함을 포함하는 입자는 성장이 느리고, 결함이 적은 입자는 고속 성장하기 때문이 아닌가라고도 생각된다. 한편, 상기 비(DT/DB)가 너무 높으면, 기판 표면 및 기판 이면 사이에서 연통하는 입자(즉 기판 표면측에 노출된 입자)는 기판 이면측 부근에서는 단면 직경이 작아진다. 이 결과, 충분한 전류 패스를 얻을 수 없어 발광 효율이 저하하는 원인이 될 수 있다고도 생각되지만, 그 상세한 것은 분명하지 않다. Therefore, when the grain growth on the substrate surface side is larger than that on the substrate backside side, that is, when the gallium nitride single crystal grain exposed on the substrate surface has a cross-sectional average diameter larger than that of the gallium nitride system (It is preferable that the number of the gallium nitride single crystal particles exposed on the substrate surface is smaller than the number of the gallium nitride single crystal grains exposed on the back surface of the substrate It may be said that it is preferable). Concretely, the ratio of the average cross-sectional average diameter (hereinafter referred to as the cross-sectional average diameter D B of the back surface of the substrate) of the gallium nitride single crystal grains exposed on the back surface of the gallium nitride self- (D T / D B ) of the average cross-sectional average diameter (hereinafter referred to as the cross-sectional average diameter D T of the substrate surface) of the outermost surface of the gallium nitride monocrystalline grains exposed on the surface is preferably larger than 1.0, More preferably not less than 1.5, still more preferably not less than 2.0, particularly preferably not less than 3.0, and most preferably not less than 5.0. However, if the ratio (D T / D B ) is too high, the light emitting efficiency may be lowered inversely. Therefore, it is preferably 20 or less, more preferably 10 or less. The reason why the luminous efficiency is changed is not clear. However, it is considered that when the ratio (D T / D B ) is high, the grain boundary area which does not contribute to light emission by the substitution hardening is decreased or the substitution hardening is reduced . The reason why the crystal defects are reduced is not clear, but it is also considered that the particles containing defects grow slowly and the particles with few defects grow at high speed. On the other hand, if the ratio (D T / D B ) is too high, the particles communicating between the substrate surface and the substrate backside (i.e., the particles exposed on the substrate surface side) become smaller in cross section near the substrate backside. As a result, a sufficient current path can not be obtained, which may cause a decrease in luminous efficiency, but the details are not clear.

다만, 질화갈륨 자립 기판을 구성하는 주상 구조끼리의 계면은 결정성이 저하하기 때문에, 발광 소자의 발광 기능층으로서 이용하는 경우, 발광 효율이 저하하고, 발광 파장이 변동하여, 발광 파장이 넓어질 가능성이 있다. 이 때문에, 주상 구조의 단면 평균 직경은 큰 쪽이 좋다. 바람직하게는, 질화갈륨 자립 기판의 최표면에 있어서의 반도체 단결정 입자의 단면 평균 직경은 0.3 ㎛ 이상이며, 보다 바람직하게는 3 ㎛ 이상, 더욱 바람직하게는 20 ㎛ 이상, 특히 바람직하게는 50 ㎛ 이상, 가장 바람직하게는 70 ㎛ 이상이다. 질화갈륨 자립 기판의 최표면에 있어서의 반도체 단결정 입자의 단면 평균 직경의 상한은 특별히 한정되지 않지만, 1000 ㎛ 이하가 현실적이고, 보다 현실적으로는 500 ㎛ 이하이며, 더욱 현실적으로는 200 ㎛ 이하이다. 또한, 이러한 단면 평균 직경의 반도체 단결정 입자를 제작하기 위해서는, 질화갈륨 자립 기판의 제조에 이용되는, 배향 다결정 소결체를 구성하는 입자의 판면에 있어서의 소결 입경을 0.3 ㎛~1000 ㎛로 하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 3 ㎛~1000 ㎛, 더욱 바람직하게는 10 ㎛~200 ㎛, 특히 바람직하게는 14 ㎛~200 ㎛이다. 혹은, 질화갈륨 자립 기판의 최표면에 있어서의 반도체 단결정 입자의 단면 평균 직경을 자립 기판의 이면의 단면 평균 직경보다도 크게 하는 것을 염두에 두는 경우에는, 배향 다결정 소결체를 구성하는 입자의 판면에 있어서의 소결 입경을 10 ㎛~100 ㎛로 하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 14 ㎛~70 ㎛이다. However, since the crystallinity of the interface between the columnar structures constituting the gallium nitride self-supporting substrate is lowered, when used as the light emitting functional layer of the light emitting device, the light emitting efficiency is lowered, the light emitting wavelength is varied, . Therefore, the larger the cross-sectional average diameter of the columnar structure is, the better. Preferably, the cross-sectional mean diameter of the semiconductor single crystal grain on the outermost surface of the gallium nitride self-supporting substrate is 0.3 占 퐉 or more, more preferably 3 占 퐉 or more, further preferably 20 占 퐉 or more, particularly preferably 50 占 퐉 or more , And most preferably 70 mu m or more. The upper limit of the cross-sectional average diameter of the semiconductor monocrystalline grains on the outermost surface of the gallium nitride self-supporting substrate is not particularly limited. However, the upper limit is not more than 1000 mu m, more practically, not more than 500 mu m, and more practically, not more than 200 mu m. In order to produce semiconductor single-crystal grains having such a cross-sectional average diameter, it is preferable that the sintered grain size on the surface of the grain constituting the oriented polycrystalline sintered body used for producing the gallium nitride self-supporting substrate is 0.3 to 1000 탆 More preferably 3 탆 to 1000 탆, further preferably 10 탆 to 200 탆, and particularly preferably 14 탆 to 200 탆. Alternatively, in the case where the cross-sectional average diameter of the semiconductor single crystal particles on the outermost surface of the gallium nitride self-supporting substrate is made larger than the average cross-sectional average diameter of the back surface of the self-supporting substrate, It is preferable that the sintered grain size is from 10 mu m to 100 mu m, and more preferably from 14 mu m to 70 mu m.

질화갈륨 자립 기판을 구성하는 질화갈륨계 단결정 입자는, 도펀트를 포함하지 않는 것이라도 좋다. 여기서, 「도펀트를 포함하지 않는다」란 어떠한 기능 내지 특성의 부여를 의도하여 첨가된 원소를 포함하지 않는 것을 의미하며, 불가피한 불순물의 함유가 허용되는 것은 물론이다. 혹은, 질화갈륨 자립 기판을 구성하는 질화갈륨계 단결정 입자는, n형 도펀트 또는 p형 도펀트로 도핑되어 있어도 좋으며, 이 경우, 질화갈륨 자립 기판을, p형 전극, n형 전극, p형층, n형층 등의 기재 이외의 부재 또는 층으로서 사용할 수 있다. p형 도펀트의 바람직한 예로서는, 베릴륨(Be), 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr), 아연(Zn) 및 카드뮴(Cd)으로 이루어지는 그룹에서 선택되는 1종 이상을 들 수 있다. n형 도펀트의 바람직한 예로서는, 실리콘(Si), 게르마늄(Ge), 주석(Sn) 및 산소(O)로 이루어지는 그룹에서 선택되는 1종 이상을 들 수 있다. The gallium nitride single crystal particles constituting the gallium nitride self-supporting substrate may not contain a dopant. Here, the expression " does not include a dopant " means that it does not contain an element added for the purpose of imparting any function or characteristic, and it is needless to say that the inevitable impurity content is allowed. Alternatively, the gallium nitride single crystal particles constituting the gallium nitride self-supporting substrate may be doped with an n-type dopant or a p-type dopant. In this case, the gallium nitride self-supporting substrate may be a p-type electrode, an n-type electrode, a p- It can be used as a member or a layer other than a substrate such as a mold layer. Preferable examples of the p-type dopant include at least one selected from the group consisting of beryllium (Be), magnesium (Mg), calcium (Ca), strontium (Sr), zinc (Zn) and cadmium (Cd). Preferable examples of the n-type dopant include at least one selected from the group consisting of silicon (Si), germanium (Ge), tin (Sn), and oxygen (O).

질화갈륨 자립 기판을 구성하는 질화갈륨계 단결정 입자는, 밴드갭의 제어를 위해 혼정화되어 있어도 좋다. 바람직하게는, 질화갈륨 단결정 입자는, AlN 및 InN으로 이루어지는 그룹에서 선택되는 1종 이상의 결정과 혼정화된 질화갈륨으로 이루어지는 것이라도 좋고, p형 질화갈륨 및/또는 n형 질화갈륨 단결정 입자는 이 혼정화된 질화갈륨에 p형 도펀트 또는 n형 도펀트가 도핑되어 있어도 좋다. 예컨대, 질화갈륨과 AlN의 혼정인 AlxGa1 - xN에 Mg를 도핑함으로써 p형 기판, AlxGa1 - xN에 Si를 도핑함으로써 n형 기판으로서 사용할 수 있다. 자립 기판을 발광 소자의 발광 기능층으로서 이용하는 경우, 질화갈륨을 AlN과 혼정화함으로써 밴드갭이 넓어져, 발광 파장을 고에너지 쪽으로 시프트시킬 수 있다. 또한, 질화갈륨을 InN과의 혼정으로 하여도 좋으며, 이에 따라 밴드갭이 좁아져, 발광 파장을 저에너지 쪽으로 시프트시킬 수 있다. The gallium nitride single crystal particles constituting the gallium nitride self-supporting substrate may be mixed to control the bandgap. Preferably, the gallium nitride single crystal particles may be composed of gallium nitride which is hornblended with at least one crystal selected from the group consisting of AlN and InN, and the p-type gallium nitride and / or n-type gallium nitride single crystal particles may be The p-type dopant or the n-type dopant may be doped in the gallium nitride which is purified. For example, Mg can be doped into Al x Ga 1 - x N, which is a mixed crystal of gallium nitride and AlN, to be used as an n-type substrate by doping Si on p-type substrate and Al x Ga 1 - x N. When the self-supporting substrate is used as the light-emitting functional layer of the light-emitting element, the band gap is widened by mixing the gallium nitride with AlN, and the light emission wavelength can be shifted toward the high energy. Further, the gallium nitride may be a mixed crystal with InN, thereby narrowing the bandgap and shifting the emission wavelength toward the low energy.

질화갈륨 자립 기판은 직경 50.8 mm(2 인치) 이상의 크기를 갖는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 직경 100 mm(4 인치) 이상이며, 더욱 바람직하게는 직경 200 mm(8 인치) 이상이다. 질화갈륨 자립 기판은 크면 클수록 제작 가능한 소자의 개수가 증가하기 때문에, 제조 비용의 관점에서 바람직하고, 면발광 소자용이라는 관점에서도 소자 면적의 자유도가 증가하여 면발광 조명 등으로의 용도가 넓어진다는 점에서 바람직하며, 그 면적 내지 크기에 상한이 규정되어야 하는 것은 아니다. 한편, 질화갈륨 자립 기판은 상면에서 봤을 때 원 형상 혹은 실질적으로 원 형상인 것이 바람직하지만, 이것에 한정되지 않는다. 원 형상 혹은 실질적으로 원 형상이 아닌 경우, 면적으로서, 2026 mm2 이상인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 7850 mm2 이상이고, 더욱 바람직하게는 31400 mm2 이상이다. 다만, 대면적이 필요하지 않은 용도에 관해서는, 상기 범위보다도 작은 면적, 예컨대 직경 50.8 mm(2 인치) 이하, 면적 환산으로 2026 mm2 이하로 하여도 좋다. 질화갈륨 자립 기판의 두께는 기판에 자립성을 부여할 수 있을 필요가 있어, 20 ㎛ 이상이 바람직하고, 보다 바람직하게는 100 ㎛ 이상이며, 더욱 바람직하게는 300 ㎛ 이상이다. 질화갈륨 자립 기판의 두께에 상한이 규정되어야 하는 것은 아니지만, 제조 비용의 관점에서는 3000 ㎛ 이하가 현실적이다. The gallium nitride self-standing substrate preferably has a size of at least 2 inches in diameter, more preferably at least 4 inches in diameter, and more preferably at least 8 inches in diameter. As the number of gallium nitride self-supporting substrates increases, the number of devices that can be fabricated increases, which is preferable from the viewpoint of manufacturing cost, and the degree of freedom of the device area increases from the viewpoint of the area light emitting device. And the upper limit of the area or size is not necessarily defined. On the other hand, the gallium nitride self-supporting substrate is preferably circular or substantially circular when viewed from the top, but is not limited thereto. When it is not a circular shape or a substantially circular shape, the area is preferably 2026 mm 2 or more, more preferably 7850 mm 2 or more, further preferably 31400 mm 2 or more. However, for applications not requiring a large area, it may be an area smaller than the above range, for example, a diameter of 50.8 mm (2 inches) or less and an area conversion of 2026 mm 2 or less. The thickness of the gallium nitride self-supporting substrate needs to be able to impart independence to the substrate, and is preferably 20 占 퐉 or more, more preferably 100 占 퐉 or more, and still more preferably 300 占 퐉 or more. The upper limit of the thickness of the gallium nitride self-supporting substrate is not necessarily defined, but from the viewpoint of the manufacturing cost, it is realistic to be 3000 占 퐉 or less.

질화갈륨 자립 기판의 표면에 노출되어 있는 질화갈륨계 단결정 입자의 최표면에 있어서의 단면 평균 직경 DT에 대한, 질화갈륨 자립 기판의 두께 T의 비로서 규정되는 애스펙트비(T/DT)가 0.7 이상인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 1.0 이상이며, 더욱 바람직하게는 3.0 이상이다. 이 애스펙트비가 LED로 하는 경우에 발광 효율을 높인다는 관점에서 바람직하다. 발광 효율이 높아지는 원인으로서, 고 애스펙트비 입자 쪽이 질화갈륨 속의 결함 밀도가 낮다는 것, 그리고 빛의 추출 효율이 상승한다는 것 등이 생각되지만, 그 상세한 것은 분명하지 않다. The aspect ratio (T / D T ) defined as the ratio of the thickness T of the gallium nitride self-supporting substrate to the cross-sectional average diameter D T on the outermost surface of the gallium nitride single crystal particles exposed on the surface of the gallium nitride self- Is preferably 0.7 or more, more preferably 1.0 or more, and further preferably 3.0 or more. This aspect ratio is preferable from the viewpoint of increasing the luminous efficiency in the case of using an LED. It is considered that the reason why the luminous efficiency is increased is that the defect density of gallium nitride in the high aspect ratio non-particle side is low and the extraction efficiency of light is increased, but the details are not clear.

지금까지 말한 대로, 발광 효율을 높인다는 관점에서는, (1) 발광 기능층은 자립 기판 표면측(제조시에 하지 기판인 배향 다결정 소결체에 접하고 있었던 쪽과 반대쪽)에 제작하는 쪽이 좋고, (2) 자립 기판 이면의 단면 평균 직경 DB에 대한 기판 표면의 단면 평균 직경 DT의 비(DT/DB)가 적절한 값을 취하는 것이 좋고, (3) 자립 기판을 구성하는 입자의 기판 최표면에 있어서의 단면 평균 직경이 큰 쪽이 좋고, (4) 자립 기판을 구성하는 입자의 애스펙트비(T/DT)는 큰 쪽이 좋다. 상기 (3) 및 (4)의 관점에서는 단면 평균 직경이 크면서 또 애스펙트비가 큰 쪽이 좋으며, 다시 말해서 기판 표면측의 단면 평균 직경이 크면서 두꺼운 질화갈륨 결정이 바람직하다. 또한, 자립화의 관점에서는 질화갈륨 자립 기판의 두께는 20 ㎛ 이상이 바람직하고, 보다 바람직하게는 100 ㎛ 이상이며, 더욱 바람직하게는 300 ㎛ 이상이다. 그러나, 전술한 대로 질화갈륨 결정의 두께가 두껍게 되면 비용적인 관점에서는 바람직하지 못하여, 자립하는 한 얇은 쪽이 바람직하다. 즉, 질화갈륨 자립 기판의 두께로서는 3000 ㎛ 이하가 현실적이고, 600 ㎛ 이하가 바람직하고, 300 ㎛ 이하가 바람직하다. 따라서, 자립화시키면서 발광 효율을 높인다는 관점과 비용적인 관점을 양립하는 두께로서는 50~500 ㎛ 정도가 바람직하고, 50~300 ㎛ 정도가 더욱 바람직하다. (1) The light-emitting functional layer is preferably fabricated on the side of the surface of the self-supporting substrate (on the side opposite to the side in contact with the oriented polycrystalline sintered body as the base substrate at the time of manufacturing), and (2) (D T / D B ) of the cross-sectional average diameter D T of the substrate surface to the cross-sectional average diameter D B of the back surface of the self-supporting substrate is preferably an appropriate value, and (3) (4) the aspect ratio (T / D T ) of the particles constituting the self-supporting substrate is preferably as large as possible. From the viewpoints of (3) and (4), it is preferable that the cross-section average diameter is large and the aspect ratio is large, in other words, the gallium nitride crystal having a large cross-section average diameter on the substrate front surface side is preferable. From the standpoint of self-assembly, the thickness of the gallium nitride self-supporting substrate is preferably 20 占 퐉 or more, more preferably 100 占 퐉 or more, and still more preferably 300 占 퐉 or more. However, as described above, if the thickness of the gallium nitride crystal is increased, it is not preferable from the viewpoint of cost. That is, the thickness of the gallium nitride self-supporting substrate is not more than 3000 mu m, preferably not more than 600 mu m, and preferably not more than 300 mu m. Therefore, the thickness of 50 to 500 mu m is preferable, and the thickness of 50 to 300 mu m is more preferable, in terms of both the point of raising the light emission efficiency while self-supporting and the cost point of view.

제조 방법Manufacturing method

본 발명의 질화갈륨 자립 기판은, (1) 배향 다결정 소결체를 준비하고, (2) 배향 다결정 소결체 상에, 질화갈륨으로 이루어지는 종결정층을, 배향 다결정 소결체의 결정 방위를 대체로 따르는 결정 방위를 갖도록 형성하고, (3) 종결정층 상에, 두께 20 ㎛ 이상의 질화갈륨계 결정으로 구성되는 층을, 종결정층의 결정 방위를 대체로 따르는 결정 방위를 갖도록 형성하고, (4) 배향 다결정 소결체를 제거하여, 질화갈륨 자립 기판을 얻음으로써 제조할 수 있다. (1) preparing an oriented polycrystalline sintered body; (2) forming a seed crystal layer composed of gallium nitride on the oriented polycrystalline sintered body so as to have a crystal orientation substantially corresponding to the crystal orientation of the oriented polycrystalline sintered body; (3) forming a layer made of gallium nitride crystal having a thickness of 20 탆 or more on the seed crystal layer so as to have a crystal orientation substantially corresponding to the crystal orientation of the seed crystal layer, (4) removing the oriented polycrystalline sintered body , Thereby obtaining a gallium nitride self-supporting substrate.

(1) 배향 다결정 소결체(1) oriented polycrystalline sintered body

질화갈륨 자립 기판을 제작하기 위한 하지 기판으로서, 배향 다결정 소결체를 준비한다. 배향 다결정 소결체의 조성은 특별히 한정되지 않지만, 배향 다결정 알루미나 소결체, 배향 다결정 산화아연 소결체, 배향 다결정 질화알루미늄 소결체에서 선택되는 1종인 것이 바람직하다. 배향 다결정 소결체는, 상업적으로 입수 가능한 판상 분말을 이용하여 성형 및 소성을 거쳐 효율적으로 제조할 수 있기 때문에, 저비용으로 제조할 수 있을 뿐만 아니라, 성형하기 쉽기 때문에 대면적화에도 적합하다. 그리고, 본 발명자들의 지견에 따르면, 배향 다결정 소결체를 하지 기판으로서 이용하고, 그 위에 복수의 반도체 단결정 입자를 성장시킴으로써, 대면적의 발광 소자를 저비용으로 제조하는 데 알맞은 질화갈륨 자립 기판을 제조할 수 있다. 그 결과, 질화갈륨 자립 기판은, 대면적의 발광 소자를 저비용으로 제조하는 데 매우 적합한 것으로 된다. An oriented polycrystalline sintered body is prepared as a ground substrate for manufacturing a gallium nitride self-supporting substrate. The composition of the oriented polycrystalline sintered body is not particularly limited, but it is preferably one selected from the oriented polycrystalline alumina sintered body, the oriented polycrystalline zinc oxide sintered body and the oriented polycrystalline aluminum nitride sintered body. Since the oriented polycrystalline sintered body can be efficiently produced through molding and firing using a commercially available plate-like powder, it can be manufactured at low cost, and is easy to be molded, and is therefore suitable for large-size production. According to the knowledge of the present inventors, it is possible to manufacture a gallium nitride self-standing substrate suitable for manufacturing a large-area light emitting device at a low cost by using an oriented polycrystalline sintered body as a base substrate and growing a plurality of semiconductor single crystal grains thereon have. As a result, the gallium nitride self-supporting substrate is very suitable for manufacturing a large-area light emitting device at low cost.

배향 다결정 소결체는, 다수의 단결정 입자를 포함하여 구성되는 소결체로 이루어지고, 다수의 단결정 입자가 일정한 방향으로 어느 정도 또는 고도로 배향된 것이다. 이와 같이 배향된 다결정 소결체를 이용함으로써 대략 법선 방향으로 대체로 가지런한 결정 방위를 갖는 질화갈륨 자립 기판을 제작할 수 있고, 질화갈륨 자립 기판 상에 질화갈륨계 재료를 에피택셜 성장 또는 이것과 유사한 결정 성장에 의해 형성한 경우, 대략 법선 방향으로 결정 방위가 대체로 가지런한 상태가 실현된다. 이 때문에, 그와 같은 배향성이 높은 질화갈륨 자립 기판을 발광 소자용 기판으로서 이용하면, 발광 기능층을 마찬가지로 대략 법선 방향으로 결정 방위가 대체로 가지런한 상태로 형성할 수 있어, 단결정 기판을 이용한 경우와 동등한 높은 발광 효율을 실현할 수 있다. 혹은, 이 배향성이 높은 질화갈륨 자립 기판을 발광 소자의 발광 기능층으로서 이용한 경우라도, 단결정 기판을 이용한 경우와 동등한 높은 발광 효율을 실현할 수 있다. 어떻든 간에, 이러한 배향성이 높은 질화갈륨 자립 기판을 제작하기 위해서는 배향 다결정 소결체를 하지 기판으로서 이용할 필요가 있다. 배향 다결정 소결체는 투광성을 갖고 있는 쪽이 바람직하지만, 이것에 한하는 것은 아니다. 투광성을 갖는 경우, 배향 다결정판을 제거할 때에, 레이저 리프트오프 등의 수법을 이용할 수 있다. 배향 다결정 소결체를 얻는 제법으로서는, 대기로(爐), 질소 분위기로, 수소 분위기로 등을 이용한 통상의 상압소결법에 더하여, 열간등방압가압법(HIP), 핫프레스법(HP), 방전 플라즈마 소결(SPS) 등의 가압소결법 및 이들을 조합시킨 방법을 이용할 수 있다. The oriented polycrystalline sintered body is composed of a sintered body including a plurality of single crystal grains, and a plurality of single crystal grains are oriented to a certain degree or to a high degree in a certain direction. By using the oriented polycrystalline sintered body, it is possible to manufacture a gallium nitride self-supporting substrate having a substantially aligned crystal orientation in a substantially normal direction, and a gallium nitride based material is epitaxially grown on the gallium nitride self- A state in which the crystal orientation is substantially aligned in the normal direction is realized. Therefore, when such a gallium nitride self-standing substrate having high orientation is used as a substrate for a light-emitting device, the light-emitting functional layer can likewise be formed in a state in which the crystal orientation is substantially aligned in a substantially normal direction, High luminous efficiency can be realized. Alternatively, even when the gallium nitride self-standing substrate having a high orientation property is used as the light emitting functional layer of the light emitting device, high luminous efficiency equivalent to that in the case of using a single crystal substrate can be realized. Regardless, in order to manufacture a gallium nitride self-supporting substrate having such a high orientation, it is necessary to use the oriented polycrystalline sintered body as a base substrate. It is preferable that the oriented polycrystalline sintered body has transparency, but this is not limitative. In the case of having transparency, a technique such as laser lift-off may be used when removing the oriented polycrystalline plate. Examples of the method for producing the oriented polycrystalline sintered body include a hot isostatic pressing method (HIP), a hot pressing method (HP), a discharge plasma sintering method (HIP), and a sintering method in addition to a normal atmospheric pressure sintering method using an atmospheric furnace, (SPS), or a combination of these methods.

배향 다결정 소결체는 직경 50.8 mm(2 인치) 이상의 크기를 갖는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 직경 100 mm(4 인치) 이상이며, 더욱 바람직하게는 직경 200 mm(8 인치) 이상이다. 배향 다결정 소결체는 크면 클수록 제작 가능한 질화갈륨 자립 기판의 면적이 증가하고, 이에 따라 제작 가능한 발광 소자의 개수가 증가하기 때문에, 제조 비용의 관점에서 바람직하다. 또한, 면발광 소자용이라는 관점에서도 소자 면적의 자유도가 증가하여 면발광 조명 등으로의 용도가 넓어진다는 점에서 바람직하고, 그 면적 내지 크기에 상한이 규정되어야 하는 것은 아니다. 한편, 질화갈륨 자립 기판은 상면에서 봤을 때 원 형상 혹은 실질적으로 원 형상인 것이 바람직하지만, 이것에 한정되지 않는다. 원 형상 혹은 실질적으로 원 형상이 아닌 경우, 면적으로서, 2026 mm2 이상인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 7850 mm2 이상이며, 더욱 바람직하게는 31400 mm2 이상이다. 다만, 대면적이 필요하지 않은 용도에 관해서는, 상기 범위보다도 작은 면적, 예컨대 직경 50.8 mm(2 인치) 이하, 면적 환산으로 2026 mm2 이하로 하여도 좋다. 배향 다결정 소결체의 두께는 자립하는 한 특별히 한정은 없지만, 지나치게 두꺼우면 제조 비용의 관점에서는 바람직하지 못하다. 따라서, 20 ㎛ 이상이 바람직하고, 보다 바람직하게는 100 ㎛ 이상이며, 더욱 바람직하게는 100~1000 ㎛이다. 한편, 질화갈륨을 성막할 때에 알루미나와 질화갈륨의 열팽창차에서 기인한 응력에 의해서 기판 전체에 휘어짐이 생겨, 그 후의 프로세스에 지장을 초래하는 경우가 있다. 응력은 질화갈륨의 성막 방법이나 성막 조건, 배향 다결정 소결체의 재질, 막 두께, 기판 직경 등에 따라서 변화하지만, 응력에 의한 휘어짐을 억제하는 방법의 하나로서, 하지 기판으로서 두꺼운 배향 다결정 소결체를 이용하여도 좋다. 예컨대 하지의 배향 다결정 소결체로서 배향 다결정 알루미나 소결체를 이용하여, 직경 50.8 mm(2 인치), 두께 300 ㎛의 질화갈륨 자립 기판을 제작할 때에, 배향 다결정 알루미나 소결체의 두께를 900 ㎛ 이상으로 하여도 좋고, 1300 ㎛ 이상 혹은 2000 ㎛ 이상으로 하여도 좋다. 이와 같이 제조 비용의 관점과 휘어짐 억제의 관점 등을 감안하여, 배향 다결정 소결체의 두께를 적절하게 선정하면 된다. The oriented polycrystalline sintered body preferably has a size of at least 2 inches in diameter, more preferably at least 4 inches in diameter, and more preferably at least 200 inches in diameter. The larger the orientation polycrystalline sintered body is, the larger the area of the gallium nitride self-supporting substrate that can be fabricated increases, and accordingly, the number of the light emitting elements that can be manufactured increases, which is preferable from the viewpoint of manufacturing cost. In addition, from the viewpoint of a surface light emitting device, the degree of freedom of the device area is increased, and it is preferable from the viewpoint of widening the application to the surface emitting illumination, etc., and the upper limit is not necessarily defined in the area or the size. On the other hand, the gallium nitride self-supporting substrate is preferably circular or substantially circular when viewed from the top, but is not limited thereto. When it is not circular or substantially circular, it preferably has an area of 2026 mm 2 or more, more preferably 7850 mm 2 or more, and still more preferably 31400 mm 2 or more. However, for applications not requiring a large area, it may be an area smaller than the above range, for example, a diameter of 50.8 mm (2 inches) or less and an area conversion of 2026 mm 2 or less. The thickness of the oriented polycrystalline sintered body is not particularly limited as long as it is self-supporting, but it is not preferable from the viewpoint of manufacturing cost if it is excessively thick. Therefore, it is preferably 20 占 퐉 or more, more preferably 100 占 퐉 or more, and further preferably 100 to 1000 占 퐉. On the other hand, when the gallium nitride film is formed, the stress caused by the difference in thermal expansion between the alumina and the gallium nitride may warp the entire substrate, which may interfere with the subsequent process. The stress varies depending on the film-forming method of the gallium nitride, the film forming conditions, the material of the oriented polycrystalline sintered body, the film thickness, the substrate diameter, etc. However, as one of the methods for suppressing the warp caused by the stress, even if a thick oriented polycrystalline sintered body is used good. The thickness of the oriented polycrystalline alumina sintered body may be 900 占 퐉 or more when fabricating a gallium nitride self-supporting substrate having a diameter of 50.8 mm (2 inches) and a thickness of 300 占 퐉 by using the oriented polycrystalline alumina sintered body as the underlying polycrystalline sintered body, And may be 1300 占 퐉 or more or 2000 占 퐉 or more. In this way, the thickness of the oriented polycrystalline sintered body can be suitably selected in consideration of the viewpoint of the production cost and the viewpoint of suppression of warping.

배향 다결정 소결체를 구성하는 입자의 판면에 있어서의 평균 입경은, 0.3~1000 ㎛인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 3~1000 ㎛, 더욱 바람직하게는10 ㎛~200 ㎛, 특히 바람직하게는 14 ㎛~200 ㎛이다. 혹은, 전술한 바와 같이, 질화갈륨 자립 기판의 최표면에 있어서의 반도체 단결정 입자의 단면 평균 직경을 자립 기판의 이면의 단면 평균 직경보다도 크게 하는 것을 고려하는 경우에는, 배향 다결정 소결체를 구성하는 입자의 판면에 있어서의 소결 입경을 10 ㎛~100 ㎛로 하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 14 ㎛~70 ㎛이다. 배향 다결정 소결체 전체의 평균 입경은 판면의 평균 입경과 상관이 있고, 이들 범위 내이면 소결체의 기계 강도의 점에서 우수하고, 핸들링이 용이하다. 또한, 배향 다결정 소결체를 이용하여 제작한 질화갈륨 자립 기판의 상부 및/또는 내부에 발광 기능층을 형성하여 발광 소자를 제작한 경우, 발광 기능층의 발광 효율의 점에서도 우수하다. 한편, 본 발명에서의 소결체 입자의 판면에 있어서의 평균 입경은 이하의 방법에 의해 측정되는 것이다. 즉, 판상 소결체의 판면을 연마하여, 주사전자현미경으로 화상을 촬영한다. 시야 범위는, 얻어지는 화상의 대각선에 직선을 그은 경우에, 어느 직선이나 10개부터 30개의 입자와 교차하는 직선이 그어지는 시야 범위로 한다. 얻어진 화상의 대각선에 2 라인의 직선을 그어, 직선이 교차하는 모든 입자에 대하여, 개개의 입자의 내측의 선분의 길이를 평균한 것에 1.5를 곱한 값을 판면의 평균 입경으로 한다. 한편, 판면의 주사현미경의 상(像)으로 명료하게 소결체 입자의 계면을 판별할 수 없는 경우는, 서멀 에칭(예컨대 1550℃에서 45분간)이나 케미컬 에칭에 의해서 계면을 두드러지게 하는 처리를 실시한 후에 상기한 평가를 하여도 좋다. The average particle diameter of the particles constituting the oriented polycrystalline sintered body is preferably 0.3 to 1000 占 퐉, more preferably 3 to 1000 占 퐉, still more preferably 10 to 200 占 퐉, particularly preferably 14 占 퐉 To 200 mu m. Alternatively, as described above, when considering that the cross-sectional average diameter of the semiconductor single crystal grain on the outermost surface of the gallium nitride self-supporting substrate is made larger than the cross-sectional average diameter of the back surface of the self-supporting substrate, It is preferable that the sintered grain size on the surface of the plate be 10 mu m to 100 mu m, more preferably 14 mu m to 70 mu m. The average particle diameter of the oriented polycrystalline sintered body as a whole is in correlation with the average particle diameter of the surface of the substrate. If the average particle diameter is within these ranges, the mechanical strength of the sintered body is excellent and handling is easy. In addition, when a light emitting device is fabricated by forming a light emitting functional layer on the top and / or inside of the gallium nitride self-supporting substrate manufactured using the oriented polycrystalline sintered body, the light emitting function layer is also excellent in light emission efficiency. On the other hand, the average particle diameter of the sintered body particles on the surface of the sintered body in the present invention is measured by the following method. That is, the plate surface of the plate-shaped sintered body is polished and an image is taken by a scanning electron microscope. The visual range is a visual range in which a line intersecting any straight line or 10 to 30 particles is drawn when a straight line is drawn on the diagonal line of the obtained image. A straight line of two lines is drawn on the diagonal line of the obtained image and a value obtained by multiplying the average of the lengths of the inner line segments of the individual particles by 1.5 with respect to all the particles whose straight lines intersect is taken as the average particle diameter of the plate surface. On the other hand, when the interface of the sintered product particles can not be clearly identified by the image of the scanning microscope on the printing plate surface, the treatment for making the interface stand out by thermal etching (for example, at 1550 캜 for 45 minutes) or chemical etching The above evaluation may be performed.

특히 바람직한 배향 다결정 소결체로서, 배향 다결정 알루미나 소결체를 들 수 있다. 알루미나는 산화알루미늄(Al2O3)이고, 전형적으로는 단결정 사파이어와 동일한 커런덤형 구조(corundum structure)를 갖는 α-알루미나이며, 배향 다결정 알루미나 소결체는 무수한 알루미나 결정 입자가 배향된 상태에서 소결에 의해 상호 결합되어 이루어지는 고체이다. 알루미나 결정 입자는 알루미나를 포함하여 구성되는 입자이며, 다른 원소로서, 도펀트 및 불가피한 불순물을 포함하고 있어도 좋고, 알루미나 및 불가피한 불순물로 이루어지는 것이라도 좋다. 배향 다결정 알루미나 소결체는 소결 조제로서의 첨가물을 입계상(粒界相)으로서 포함하고 있어도 좋다. 또한, 배향 다결정 알루미나 소결체도, 알루미나 결정 입자 이외에 다른 상(相) 또는 전술한 바와 같은 다른 원소를 포함하고 있어도 좋지만, 바람직하게는 알루미나 결정 입자 및 불가피한 불순물로 이루어진다. 또한, 배향 다결정 알루미나 소결체의 배향면은 특별히 한정이 없고, c면, a면, r면 또는 m면 등이라도 좋다. A particularly preferred oriented polycrystalline sintered body is an oriented polycrystalline alumina sintered body. The alumina is aluminum oxide (Al 2 O 3 ), typically α-alumina having the same corundum structure as single crystal sapphire, and the oriented polycrystalline alumina sintered body is obtained by sintering in the state in which a large number of alumina crystal grains are oriented It is a solid formed by mutual bonding. The alumina crystal grains are particles composed of alumina and may contain other elements such as dopants and unavoidable impurities, or alumina and inevitable impurities. The oriented polycrystalline alumina sintered body may contain an additive as a sintering aid as a grain boundary phase. In addition, the oriented polycrystalline alumina sintered body may contain other phases other than the alumina crystal grains or other elements as described above, but is preferably composed of alumina crystal grains and unavoidable impurities. The oriented surface of the oriented polycrystalline alumina sintered body is not particularly limited and may be c-plane, a-plane, r-plane or m-plane.

배향 다결정 알루미나 소결체의 배향 결정 방위는 특별히 한정되는 것은 아니며, c면, a면, r면 또는 m면 등이라도 좋고, 질화갈륨 자립 기판과의 격자 정수 매칭의 관점에서 c면에 배향하는 것이 바람직하다. 배향도에 관해서는, 예컨대, 판면에 있어서의 배향도가 50% 이상인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 65% 이상, 더욱 바람직하게는 75% 이상이며, 특히 바람직하게는 85%이고, 특히 보다 바람직하게는 90% 이상이고, 가장 바람직하게는 95% 이상이다. 이 배향도는, XRD 장치(예컨대, 가부시키가이샤리가크 제조, RINT-TTR III)를 이용하여, 판상 알루미나의 판면에 대하여 X선을 조사했을 때의 XRD 프로파일을 측정하여, 이하의 식에 의해 산출함으로써 얻어지는 것이다. The orientation crystal orientation of the oriented polycrystalline alumina sintered body is not particularly limited and may be c-plane, a-plane, r-plane or m-plane or the like and is preferably oriented in the c-plane from the viewpoint of lattice constant matching with the gallium nitride self- . Regarding the degree of orientation, for example, the degree of orientation on the plate surface is preferably 50% or more, more preferably 65% or more, still more preferably 75% or more, particularly preferably 85% 90% or more, and most preferably 95% or more. The degree of orientation is measured by measuring the XRD profile when X-ray is irradiated on the plate surface of the plate-shaped alumina using an XRD apparatus (for example, RINT-TTR III manufactured by Rigaku Corporation) .

Figure 112015121597319-pct00001
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한편, 질화갈륨 자립 기판의 구성 입자의 결정성은 높아지는 경향이 있어, 전위 등의 결함의 밀도를 낮게 억제할 수 있다. 이 때문에, 발광 디바이스 등의 어떤 종류의 용도에서는, 질화갈륨 자립 기판을 질화갈륨 단결정 기판과 비교하여 바람직하게 이용하는 것까지도 가능하게 되는 것으로 생각된다. 예컨대, 에피택셜 성장에 의해 질화갈륨 자립 기판 상에 기능층을 제작하는 경우, 기능층은 하지의 질화갈륨 자립 기판을 대체로 따라서 성장하여, 주상 구조의 집합체가 된다. 에피택셜 성장에서는 하지의 결정 품질을 이어받기 때문에, 기능층을 구성하는 주상 구조의 각 도메인 단위에서는 높은 결정 품질을 얻을 수 있다. 질화갈륨 자립 기판을 구성하는 결정 입자의 결함 밀도가 낮은 이유는 분명하지 않지만, 질화갈륨 자립 기판의 제작 초기에 생긴 격자 결함 중 수평 방향으로 기울어 발전하는 것이 성장에 따라 입계에 흡수되어 소멸하기 때문으로 추측된다. On the other hand, the crystallinity of constituent particles of the gallium nitride self-supporting substrate tends to be high, and the density of defects such as dislocations can be suppressed to a low level. Therefore, it is considered that the gallium nitride self-standing substrate can be used preferably in comparison with the gallium nitride single crystal substrate in any kind of application such as a light emitting device. For example, when a functional layer is fabricated on a gallium nitride self-supporting substrate by epitaxial growth, the functional layer grows generally on the underlying gallium nitride self-supporting substrate to become an aggregate of columnar structures. In epitaxial growth, since the crystal quality of the base is inherited, a high crystal quality can be obtained in each domain unit of the columnar structure constituting the functional layer. The reason why the defect density of the crystal grains constituting the gallium nitride self-sustaining substrate is low is not clear. However, among the lattice defects generated at the initial stage of fabrication of the gallium nitride self-sustaining substrate, the growth in the horizontal direction is absorbed by the grain boundaries and disappears I guess.

질화갈륨 자립 기판 중에 포함되는 전위 등의 결함의 밀도를 내린다고 하는 관점에서는, 질화갈륨 자립 기판을 제작하는 경우에, 하지 기판이 되는 배향 다결정 소결체의 최표면을 구성하는 입자의 일부 내지 전부가 일정 방위(예컨대, c면, a면 등의 기준 방위)보다 랜덤하게 약간 경사진 형태로 배치된 것으로 하는 것이 보다 바람직하다. 경사지는 입자는 그 대략 전부 또는 일정량이 대략 일정한 각도로 경사져 있어도 좋고, 혹은 일정 범위 내(바람직하게는 0.01~20°)에서 분포를 갖는 다양한 각도로 및/또는 다양한 방향으로 경사져 있어도 좋다. 또한, 경사지는 입자와 경사지지 않는 입자가 원하는 비율로 혼재해 있어도 좋다. 혹은, 배향 다결정 알루미나 소결체의 판면을, 기준면에 대하여 비스듬하게 연마하여, 일정 방향으로 입자의 노출면을 경사시키더라도 좋고, 파상 등으로 가공함으로써 최표면 입자의 기준 방위에서 약간 경사진 면을 노출시키더라도 좋다. 상기 어느 경우에서도, c면, a면 등의 기준 방위로 배향한 배향 다결정 알루미나 소결체의 최표면을 구성하는 알루미나 단결정 입자의 일부 내지 전부가, 이들의 기준 방위가 기판 법선 방향보다 0.5~20°의 범위 내에서 틀어지도록 경사져 배치되는 것이 바람직하다. From the viewpoint of decreasing the density of defects such as dislocation contained in the gallium nitride self-supporting substrate, in the case of manufacturing the gallium nitride self-supporting substrate, a part or all of the particles constituting the outermost surface of the oriented polycrystalline sintered body, (For example, a reference orientation such as a c-plane, a-plane, or the like). The inclined paper may be inclined at substantially all or some of the inclined paper at a substantially constant angle, or may be inclined at various angles and / or in various directions having a distribution within a certain range (preferably 0.01 to 20). In addition, the sloped particle and the non-inclined particle may be mixed at a desired ratio. Alternatively, the plate surface of the oriented polycrystalline alumina sintered body may be obliquely polished with respect to the reference plane, and the exposed surface of the particles may be inclined in a certain direction. Alternatively, a slightly inclined surface in the reference orientation of the outermost surface particles may be exposed It may be. In any of the above cases, the alumina single crystal particles constituting the outermost surface of the oriented polycrystalline alumina sintered body oriented in the reference orientation such as the c-plane, the a-plane and the like have a part or all of their reference orientations of 0.5 to 20 It is preferable to be inclined to be turned within the range.

배향 다결정 알루미나 소결체는, 판상 알루미나 분말을 원료로서 이용하여 성형 및 소결을 함으로써 제조할 수 있다. 판상 알루미나 분말은 시판되고 있으며, 상업적으로 입수할 수 있다. 판상 알루미나 분말의 종류 및 형상은 치밀한 배향 다결정 알루미나 소결체를 얻을 수 있는 한 특별히 한정되지 않지만, 평균 입경이 0.4~15 ㎛, 두께 0.05~1 ㎛로 하여도 좋고, 이 범위 내에서 다른 평균 입경의 원료를 2 종류 이상 섞은 것으로 하여도 좋다. 바람직하게는, 판상 알루미나 분말을, 전단력을 이용한 수법에 의해 배향시켜, 배향 성형체로 할 수 있다. 전단력을 이용한 수법의 바람직한 예로서는, 테이프 성형, 압출 성형, 닥터블레이드법 및 이들의 임의의 조합을 들 수 있다. 전단력을 이용한 배향 수법은, 상기 예시한 어느 수법에서나, 판상 알루미나 분말에 바인더, 가소제, 분산제, 분산매 등의 첨가물을 적절하게 가하여 슬러리화하고, 이 슬러리를 슬릿형의 가는 토출구를 통과시킴으로써, 기판 상에 시트형으로 토출 및 성형하는 것이 바람직하다. 토출구의 슬릿 폭은 10~400 ㎛로 하는 것이 바람직하다. 한편, 분산매의 양은 슬러리 점도가 5000~100000 cP가 되는 양으로 하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 20000~60000 cP이다. 시트형으로 성형한 배향 성형체의 두께는 5~500 ㎛인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 10~200 ㎛이다. 이 시트형으로 성형한 배향 성형체를 다수 매 중첩하여, 원하는 두께를 갖는 전구 적층체로 하고, 이 전구 적층체에 프레스 성형을 실시하는 것이 바람직하다. 이 프레스 성형은 전구 적층체를 진공 팩 등으로 포장하여, 50~95℃의 온수 속에서 10~2000 kgf/㎠의 압력으로 정수압 프레스에 의해 바람직하게 실시할 수 있다. 또한, 시트형으로 성형한 배향 성형체, 혹은 전구 적층체를 롤프레스법(예컨대 가열 롤 프레스나 카렌더 롤 등)에 의한 처리를 실시하여도 좋다. 또한, 압출 성형을 이용하는 경우에는, 금형 내의 유로의 설계에 의해, 금형 내에서 가는 토출구를 통과한 후, 시트형의 성형체가 금형 내에서 일체화되어, 적층된 상태로 성형체가 배출되도록 하여도 좋다. 얻어진 성형체에는 공지된 조건에 따라서 탈지를 실시하는 것이 바람직하다. 상기한 바와 같이 하여 얻어진 배향 성형체를 대기로, 질소 분위기로, 수소 분위기로 등을 이용한 통상의 상압 소성에 더하여, 열간등방압가압법(HIP), 핫프레스법(HP), 방전 플라즈마 소결(SPS) 등의 가압소결법 및 이들을 조합시킨 방법으로 소성하여, 알루미나 결정 입자를 배향하여 포함하여 이루어지는 알루미나 소결체를 형성한다. 상기 소성에서의 소성 온도나 소성 시간은 소성 방법에 따라서 다르지만, 소성 온도는 1000~1950℃, 바람직하게는 1100~1900℃, 보다 바람직하게는 1500~1800℃, 소성 시간은 1분간~10시간, 바람직하게는 30분간~5시간이다. 치밀화를 촉진한다는 관점에서는 핫프레스로 1500~1800℃에서 2~5시간, 면압 100~200 kgf/㎠의 조건으로 소성하는 제1 소성 공정과, 얻어진 소결체를 열간등방압가압법(HIP)으로 1500~1800℃에서 30분간~5시간, 가스압 1000~2000 kgf/㎠의 조건으로 재차 소성하는 제2 소성 공정을 거쳐 실시되는 것이 보다 바람직하다. 상기 소성 온도에서의 소성 시간은 특별히 한정되지 않지만, 바람직하게는 1~10시간이며, 보다 바람직하게는 2~5시간이다. 또, 투광성을 부여하는 경우는, 고순도의 판상 알루미나 분말을 원료로서 사용하여, 대기로, 수소 분위기로, 질소 분위기로 등으로 1100~1800℃에서 1분간~10시간 소성하는 방법이 바람직하게 예시된다. 얻어진 소결체에 대하여, 열간등방압가압법(HIP)으로 1200~1400℃ 또는 1400~1950℃에서 30분간~5시간, 가스압 300~2000 kgf/㎠의 조건으로 재차 소성하는 방법을 이용하여도 좋다. 입계상은 적은 쪽이 좋기 때문에, 판상 알루미나 분말은 고순도인 쪽이 바람직하고, 보다 바람직하게는 순도 98% 이상이며, 더욱 바람직하게는 99% 이상, 특히 바람직하게는 99.9% 이상, 가장 바람직하게는 99.99% 이상이다. 한편, 소성 조건은 상기에 한정되는 것이 아니라, 치밀 화와 고배향의 양립이 가능하면, 예컨대 열간등방압가압법(HIP)에 의한 제2 소성 공정은 생략하여도 좋다. 또한, 극소량의 첨가물을 소결 조제로서 원료 중에 가하여도 좋다. 소결 조제의 첨가는 입계상의 감량과 역행하지만, 빛의 산란 인자의 하나인 기공을 줄임으로써, 결과적으로 투광성이 향상되는 것을 목적으로 한 것이다. 이러한 소결 조제로서, MgO, ZrO2, Y2O3, CaO, SiO2, TiO2, Fe2O3, Mn2O3, La2O3 등의 산화물, AlF3, MgF2, YbF3 등의 불화물 등에서 선택되는 적어도 1종 이상을 들 수 있다. 이들 중, MgO, CaO, SiO2 및 La2O3이 바람직하고, MgO가 특히 바람직하다. 그러나, 투광성의 관점에서는 첨가물의 양은 필요 최소한으로 억제해야 하며, 바람직하게는 5000 ppm 이하, 보다 바람직하게는 1000 ppm 이하, 더욱 바람직하게는 700 ppm 이하이다. The oriented polycrystalline alumina sintered body can be produced by forming and sintering using a plate-shaped alumina powder as a raw material. The flaked alumina powder is commercially available and is commercially available. The type and shape of the flaky alumina powder are not particularly limited as long as a dense oriented polycrystalline alumina sintered body can be obtained. However, the average particle diameter may be 0.4 to 15 mu m and the thickness may be 0.05 to 1 mu m, May be mixed with two or more kinds. Preferably, the sheet-like alumina powder is oriented by a technique using a shear force to obtain an oriented molded article. Preferable examples of the method using the shear force include tape forming, extrusion molding, doctor blade method, and any combination thereof. In any of the above-described methods, an orientation method using a shearing force is preferably carried out by appropriately adding additives such as a binder, a plasticizer, a dispersant, and a dispersion medium to a slurry of the flaky alumina powder, passing the slurry through fine slit- In the form of a sheet. The slit width of the discharge port is preferably 10 to 400 mu m. On the other hand, the amount of the dispersion medium is preferably such an amount that the slurry viscosity is 5000 to 100000 cP, more preferably 20,000 to 60,000 cP. The thickness of the oriented molded article formed into a sheet shape is preferably 5 to 500 占 퐉, more preferably 10 to 200 占 퐉. It is preferable that a plurality of the oriented molded articles molded in the sheet form are superimposed to form a precursor laminate having a desired thickness and press molding is performed on the precursor laminate. This press molding can be preferably carried out by an isostatic pressing at a pressure of 10 to 2000 kgf / cm < 2 > in warm water at 50 to 95 DEG C by packing the precursor laminate in a vacuum pack or the like. Further, the oriented molded article obtained by molding in the form of a sheet or the precursor laminate may be subjected to a treatment by a roll press method (for example, a heating roll press or a calender roll). Further, in the case of using extrusion molding, it is also possible to pass the fine discharge port in the mold by the design of the flow path in the mold, and then the sheet-like molded body may be integrated in the mold so that the molded body is discharged in a laminated state. It is preferable to degrease the obtained molded article according to known conditions. The orientation-molded product obtained as described above is subjected to ordinary atmospheric pressure sintering using air or the like in a nitrogen atmosphere or a hydrogen atmosphere and is then subjected to hot isostatic pressing (HIP), hot pressing (HP), discharge plasma sintering (SPS ), And a combination thereof to form an alumina sintered body comprising the alumina crystal grains oriented. The firing temperature and firing time in the firing are varied depending on the firing method, but the firing temperature is 1000 to 1950 ° C, preferably 1100 to 1900 ° C, more preferably 1500 to 1800 ° C, firing time is 1 minute to 10 hours, Preferably 30 minutes to 5 hours. The first sintering step in which the sintered body is sintered at a temperature of 1500 to 1800 ° C for 2 to 5 hours and a surface pressure of 100 to 200 kgf / cm 2, and a sintered body obtained by hot isostatic pressing (HIP) More preferably at a temperature of -1800 占 폚 for 30 minutes to 5 hours, and at a gas pressure of 1000 to 2000 kgf / cm2. The firing time at the firing temperature is not particularly limited, but is preferably 1 to 10 hours, and more preferably 2 to 5 hours. When light transmittance is imparted, a method of firing the sheet-like alumina powder of high purity as a raw material at 1100 to 1800 ° C for 1 minute to 10 hours in the atmosphere, hydrogen atmosphere, nitrogen atmosphere or the like is preferably exemplified . The obtained sintered body may be sintered again by hot isostatic pressing (HIP) at 1200 to 1400 占 폚 or at 1400 to 1950 占 폚 for 30 minutes to 5 hours under a gas pressure of 300 to 2000 kgf / cm2. Since the grain boundary phase is preferably small, the plate-like alumina powder is preferably high purity, more preferably 98% or more in purity, more preferably 99% or more, particularly preferably 99.9% or more, most preferably, 99.99% or more. On the other hand, the firing conditions are not limited to those described above. For example, the second firing step by hot isostatic pressing (HIP) may be omitted if densification and high orientation can be achieved at the same time. In addition, a very small amount of additives may be added to the raw material as a sintering auxiliary agent. The addition of the sintering aid is intended to reduce the pore size, which is one of the scattering factors of the light, and consequently to improve the light transmittance, though the weight loss of the grain boundary phase is reversed. As such a sintering aid, MgO, ZrO 2, Y 2 O 3, CaO, SiO 2, TiO 2, Fe 2 O 3, Mn 2 O 3, La 2 O 3 , such as the oxide, AlF 3, MgF 2, YbF 3 , etc. And the like, and the like. Of these, MgO, CaO, SiO 2 and La 2 O 3 are preferable, and MgO is particularly preferable. However, from the viewpoint of light transmittance, the amount of the additive should be suppressed to a necessary minimum, preferably not more than 5000 ppm, more preferably not more than 1000 ppm, further preferably not more than 700 ppm.

또한, 배향 다결정 알루미나 소결체는, 미세한 알루미나 분말 및/또는 천이 알루미나 분말에 판상 알루미나 분말을 적절하게 가한 혼합 분말을 원료로서 이용하여 성형 및 소결을 실시함에 의해서도 제조할 수 있다. 이 제법에서는 판상 알루미나 분말이 종결정(템플릿)으로 되고, 미세 알루미나 분말 및/또는 천이 알루미나 분말이 매트릭스로 되어, 템플릿이 매트릭스를 받아들이면서 호모에피택셜 성장하는, 소위 TGG(Templated Grain Growth) 과정을 거침으로써 결정 성장과 치밀화가 일어난다. 템플릿으로 되는 판상 알루미나 입자와 매트릭스의 입경은 그 입경비가 큰 쪽이 입자 성장하기 쉽고, 예컨대 템플릿의 평균 입경이 0.5~15 ㎛일 때, 매트릭스의 평균 입경 0.4 ㎛ 이하가 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.2 ㎛ 이하이며, 더욱 바람직하게는 0.1 ㎛ 이하이다. 템플릿과 매트릭스의 혼합비는 입경비나 소성 조건, 첨가물의 유무에 따라서도 다르지만, 예컨대 템플릿에 평균 입경 2 ㎛의 판상 알루미나 분말, 매트릭스에 평균 입경 0.1 ㎛의 미세 알루미나 분말을 이용한 경우, 템플릿/매트릭스비가 50/50~1/99 wt%가 되도록 하여도 좋다. 또한, 치밀화를 진행시킨다는 관점에서는 소결 조제로서, MgO, ZrO2, Y2O3, CaO, SiO2, TiO2, Fe2O3, Mn2O3, La2O3 등의 산화물, AlF3, MgF2, YbF3 등의 불화물 등에서 선택되는 적어도 1종을 가하여도 좋으며, MgO, CaO, SiO2 및 La2O3이 바람직하고, MgO가 특히 바람직하다. 이러한 수법에서도 전술한 대기로, 질소 분위기로, 수소 분위기로 등을 이용한 통상의 상압 소성에 더하여, 열간등방압가압법(HIP), 핫프레스법(HP), 방전 플라즈마 소결(SPS) 등의 가압소결법 및 이들을 조합시킨 방법으로 양질의 배향 다결정 알루미나 소결체를 얻을 수 있다. The oriented polycrystalline alumina sintered body can also be produced by molding and sintering using mixed powder obtained by appropriately adding flaky alumina powder to fine alumina powder and / or transition alumina powder as a raw material. In this production method, a so-called TGG (Templated Grain Growth) process in which the flaky alumina powder becomes a seed crystal (template) and the fine alumina powder and / or transition alumina powder become a matrix and the template receives the matrix and is homoepitaxially grown As a result, crystal growth and densification occur. The particle size of the flaky alumina particles and the matrix to be used as the template is liable to cause grain growth if the particle size ratio is large. For example, when the average particle size of the template is 0.5 to 15 μm, the average particle size of the matrix is preferably 0.4 μm or less, Is not more than 0.2 mu m, and more preferably not more than 0.1 mu m. For example, when a template alumina powder having an average particle size of 2 mu m and a fine alumina powder having an average particle size of 0.1 mu m are used as the matrix, the ratio of the template / matrix to the template / matrix ratio is 50 / 50 to 1/99 wt%. Further, as a sintering aid in the viewpoint of progress densification, MgO, ZrO 2, Y 2 O 3, CaO, SiO 2, TiO 2, Fe 2 O 3, Mn 2 O 3, La 2 O 3 oxide, such as, AlF 3 , Fluoride such as MgF 2 , YbF 3 and the like may be added, and MgO, CaO, SiO 2 and La 2 O 3 are preferable, and MgO is particularly preferable. In such a method, in addition to the normal atmospheric pressure sintering using the atmosphere, the nitrogen atmosphere and the hydrogen atmosphere described above, pressurization such as hot isostatic pressing (HIP), hot pressing (HP), discharge plasma sintering (SPS) Sintered body, and a combination thereof, a high quality oriented polycrystalline alumina sintered body can be obtained.

이렇게 해서 얻어진 알루미나 소결체는, 전술한 원료가 되는 판상 알루미나 분말의 종류에 따라 c면 등의 원하는 면에 배향된 다결정 알루미나 소결체가 된다. 이렇게 해서 얻어진 배향 다결정 알루미나 소결체를 지석으로 연삭하여 판면을 평탄하게 한 후, 다이아몬드 지립을 이용한 래핑 가공에 의해 판면을 평활화하여 배향 알루미나 기판으로 하는 것이 바람직하다. The alumina sintered body thus obtained is a polycrystalline alumina sintered body oriented in a desired plane such as a c-plane depending on the kind of the plate-like alumina powder serving as the raw material described above. The oriented polycrystalline alumina sintered body thus obtained is ground to a planar surface by grinding it with a grinding stone, and then the plate surface is smoothed by lapping using diamond abrasive grains to obtain an oriented alumina substrate.

(2) 종결정층의 형성(2) Formation of seed crystal layer

배향 다결정 소결체 상에, 질화갈륨으로 이루어지는 종결정층을, 배향 다결정 소결체의 결정 방위를 대체로 따르는 결정 방위를 갖도록 형성한다. 한편, 「배향 다결정 소결체의 결정 방위를 대체로 따르는 결정 방위를 갖도록 형성한다」란, 배향 다결정 소결체의 결정 방위의 영향을 받은 결정 성장이 가져온 구조를 의미하며, 반드시 배향 다결정 소결체의 결정 방위를 완전히 따라서 성장한 구조에 한하지 않고, 배향 다결정 소결체와 다른 결정 방위로 성장하는 구조도 포함한다. 종결정층의 제작 방법은 특별히 한정되지 않지만, MOCVD(유기 금속 기상 성장법), MBE(분자선 에피택시법), HVPE(할라이드 기상 성장법), 스퍼터링 등의 기상법, Na 플럭스법, 암모노서멀법, 수열법, 졸겔법 등의 액상법, 분말의 고상 성장을 이용한 분말법 및 이들의 조합이 바람직하게 예시된다. 예컨대, MOCVD법에 의한 종결정층의 형성은, 450~550℃에서 저온 GaN층을 20~50 nm 퇴적시킨 후에, 1000~1200℃에서 두께 2~4 ㎛의 GaN막을 적층시킴으로써 형성하는 것이 바람직하다. A seed crystal layer made of gallium nitride is formed on the oriented polycrystalline sintered body so as to have a crystal orientation substantially corresponding to the crystal orientation of the oriented polycrystalline sintered body. On the other hand, " to have a crystal orientation substantially corresponding to the crystal orientation of the oriented polycrystalline sintered body " means a structure brought about by crystal growth influenced by the crystal orientation of the oriented polycrystalline sintered body, The structure is not limited to the grown structure but includes a structure in which the crystal grows in a crystal orientation different from that of the oriented polycrystalline sintered body. The method for producing the seed crystal layer is not particularly limited, but a vapor phase method such as MOCVD (metal organic vapor phase epitaxy), MBE (molecular beam epitaxy), HVPE (halide vapor phase epitaxy), or sputtering, Na flux method, A hydrothermal method such as a hydrothermal method and a sol-gel method, a powder method using solid phase growth of a powder, and a combination thereof. For example, the formation of the seed crystal layer by the MOCVD method is preferably performed by depositing a low-temperature GaN layer at 450 to 550 캜 at 20 to 50 nm and then laminating a GaN film having a thickness of 2 to 4 탆 at 1000 to 1200 캜 .

(3) 질화갈륨계 결정층의 형성(3) Formation of a gallium nitride crystal layer

종결정층 상에, 두께 20 ㎛ 이상의 질화갈륨계 결정으로 구성되는 층을, 종결정층의 결정 방위를 대체로 따르는 결정 방위를 갖도록 형성한다. 질화갈륨계 결정으로 구성되는 층의 형성 방법은 배향 다결정 소결체 및/또는 종결정층의 결정 방위를 대체로 따르는 결정 방위를 갖는 한 특별히 한정이 없고, MOCVD, HVPE 등의 기상법, Na 플럭스법, 암모노서멀법, 수열법, 졸겔법 등의 액상법, 분말의 고상 성장을 이용한 분말법 및 이들의 조합이 바람직하게 예시되지만, Na 플럭스법에 의해 행해지는 것이 특히 바람직하다. Na 플럭스법에 따르면 결정성이 높은 두꺼운 질화갈륨 결정층을 종결정층 상에 효율적으로 제작할 수 있다. Na 플럭스법에 의한 질화갈륨계 결정층의 형성은, 종결정 기판을 설치한 도가니에 금속 Ga, 금속 Na 및 원하면 도펀트(예컨대 게르마늄(Ge), 실리콘(Si), 산소(O) 등의 n형 도펀트 또는 베릴륨(Be), 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr), 아연(Zn), 카드뮴(Cd) 등의 p형 도펀트)를 포함하는 융액 조성물을 충전하고, 질소 분위기 속에서 830~910℃, 3.5~4.5 MPa까지 승온 가압한 후, 온도 및 압력을 유지하면서 회전함으로써 형성하는 것이 바람직하다. 유지 시간은 원하는 막 두께에 따라서 다르지만, 10~100시간 정도로 하여도 좋다. 또한, 이렇게 해서 Na 플럭스법에 의해 얻어진 질화갈륨 결정을 지석으로 연삭하여 판면을 평탄하게 한 후, 다이아몬드 지립을 이용한 래핑 가공에 의해 판면을 평활화하는 것이 바람직하다. A layer made of a gallium nitride crystal having a thickness of 20 占 퐉 or more is formed on the seed crystal layer so as to have a crystal orientation substantially corresponding to the crystal orientation of the seed crystal layer. The method of forming the layer composed of the gallium nitride crystal is not particularly limited as long as it has a crystal orientation substantially corresponding to the crystal orientation of the oriented polycrystalline sintered body and / or the seed crystal layer, and may be formed by vapor phase method such as MOCVD, HVPE, Na flux method, A liquid method such as a thermal method, a hydrothermal method and a sol-gel method, a powder method using solid phase growth of a powder, and a combination thereof are preferable, but it is particularly preferable to use a Na flux method. According to the Na flux method, a thick gallium nitride crystal layer with high crystallinity can be efficiently fabricated on the seed crystal layer. The formation of the gallium nitride crystal layer by the Na flux method can be carried out by adding a metal Ga, a metal Na and, if desired, dopants (such as germanium (Ge), silicon (Si) A dopant or a p-type dopant such as beryllium (Be), magnesium (Mg), calcium (Ca), strontium (Sr), zinc (Zn), cadmium (Cd), etc.) It is preferable to increase the temperature to 830 to 910 ° C and to 3.5 to 4.5 MPa, and then rotate while maintaining the temperature and the pressure. The holding time is different depending on the desired film thickness, but it may be about 10 to 100 hours. Further, it is preferable that the gallium nitride crystal obtained by the Na flux method is ground with a grinding stone so as to flatten the plate surface, and then the plate surface is smoothed by lapping using diamond abrasive grains.

(4) 배향 다결정 소결체의 제거(4) Removal of oriented polycrystalline sintered body

배향 다결정 소결체를 제거하여, 질화갈륨 자립 기판을 얻을 수 있다. 배향 다결정 소결체를 제거하는 방법은 특별히 한정되지 않지만, 연삭 가공, 케미컬 에칭, 배향 소결체측으로부터의 레이저 조사에 의한 계면 가열(레이저 리프트오프), 승온시의 열팽창차를 이용한 자발 박리 등을 들 수 있다. The oriented polycrystalline sintered body is removed to obtain a gallium nitride self-supporting substrate. The method of removing the oriented polycrystalline sintered body is not particularly limited, and examples thereof include grinding, chemical etching, interfacial heating (laser lift off) by laser irradiation from the oriented sintered body side, spontaneous exfoliation using the difference in thermal expansion at the time of heating .

발광 소자 및 그 제조 방법Light emitting device and method of manufacturing

전술한 본 발명에 의한 질화갈륨 자립 기판을 이용하여 고품질의 발광 소자를 제작할 수 있다. 본 발명의 질화갈륨 자립 기판을 이용한 발광 소자의 구조나 그 제작 방법은 특별히 한정되는 것은 아니다. 전형적으로는, 발광 소자는, 질화갈륨 자립 기판에 발광 기능층을 설치함으로써 제작되며, 이 발광 기능층의 형성은, 질화갈륨 기판의 결정 방위를 대체로 따르는 결정 방위를 갖도록, 대략 법선 방향으로 단결정 구조를 갖는 복수의 반도체 단결정 입자로 구성되는 층을 하나 이상 형성함으로써 제작하는 것이 바람직하다. 다만, 질화갈륨 자립 기판을 전극(p형 전극 또는 n형 전극일 수 있다), p형층, n형층 등의 기재 이외의 부재 또는 층으로서 이용하여 발광 소자를 제작하여도 좋다. 소자 사이즈에 특별히 규정은 없고, 5 mm×5 mm 이하의 작은 소자로 하여도 좋고, 10 cm×10 cm 이상의 면발광 소자로 하여도 좋다. A high-quality light emitting device can be manufactured using the above-described gallium nitride self-supporting substrate according to the present invention. The structure of the light emitting device using the gallium nitride self-supporting substrate of the present invention and the manufacturing method thereof are not particularly limited. Typically, the light-emitting element is fabricated by providing a light-emitting functional layer on a gallium nitride self-supporting substrate, and the light-emitting functional layer is formed by a single crystal structure in a substantially normal direction so as to have a crystal orientation substantially corresponding to the crystal orientation of the gallium nitride substrate It is preferable to fabricate at least one layer composed of a plurality of semiconductor single crystal particles having a predetermined thickness. However, the gallium nitride self-supporting substrate may be used as a member or layer other than a substrate such as an electrode (which may be a p-type electrode or an n-type electrode), a p-type layer or an n-type layer. The element size is not particularly limited, and may be a small element of 5 mm x 5 mm or less, or a surface light emitting element of 10 cm x 10 cm or more.

도 1에 본 발명의 일 양태에 따른 발광 소자의 층 구성을 모식적으로 도시한다. 도 1에 도시되는 발광 소자(10)는, 질화갈륨 자립 기판(12)과, 이 기판 상에 형성되는 발광 기능층(14)을 구비하여 이루어진다. 발광 기능층(14)은, 대략 법선 방향으로 단결정 구조를 갖는 복수의 반도체 단결정 입자로 구성되는 층을 하나 이상 구비하여 이루어진다. 이 발광 기능층(14)은, 전극 등을 적절하게 설치하여 전압을 인가함으로써 LED 등의 발광 소자의 원리에 기초하여 발광을 행하는 것이다. 특히, 본 발명의 질화갈륨 자립 기판(12)을 이용함으로써, 질화갈륨 단결정 기판을 이용한 경우와 동등한 발광 효율을 갖는 발광 소자를 얻는 것도 기대할 수 있어, 대폭적인 저비용화를 실현할 수 있다. 또한, p형 내지 n형 도펀트의 도입에 의해 도전성을 갖게 한 질화갈륨을 기판으로 함으로써, 종형 구조의 발광 소자를 실현할 수 있고, 이에 따라 휘도를 높일 수 있다. 게다가, 대면적의 면발광 소자도 저비용으로 실현할 수 있게 된다. FIG. 1 schematically shows a layer structure of a light emitting device according to an embodiment of the present invention. 1 includes a gallium nitride self-sustaining substrate 12 and a light-emitting functional layer 14 formed on the substrate. The light-emitting functional layer 14 is provided with at least one layer composed of a plurality of semiconductor single crystal particles having a single crystal structure in a direction of a normal line. The light-emitting functional layer 14 emits light based on the principle of a light-emitting element such as an LED by applying an appropriate voltage to an electrode or the like. In particular, by using the gallium nitride self-standing substrate 12 of the present invention, it is expected to obtain a light emitting device having the same light emitting efficiency as that in the case of using a gallium nitride single crystal substrate, thereby realizing a remarkably low cost. Further, by using gallium nitride which is made conductive by the introduction of the p-type or n-type dopant as the substrate, it is possible to realize a vertical-structured light-emitting device, thereby increasing the luminance. In addition, a large area light emitting element can be realized at low cost.

발광 기능층(14)이 기판(12) 상에 형성된다. 발광 기능층(14)은, 기판(12) 상의 전면 또는 일부에 설치되어도 좋고, 후술하는 버퍼층이 기판(12) 상에 형성되는 경우에는 버퍼층 상의 전면 또는 일부에 설치되어도 좋다. 발광 기능층(14)은, 대략 법선 방향으로 단결정 구조를 갖는 복수의 반도체 단결정 입자로 구성되는 층을 하나 이상 구비하여 이루어지고, 전극 및/또는 형광체를 적절하게 설치하여 전압을 인가함으로써 LED로 대표되는 발광 소자의 원리에 기초하여 발광을 행하는 공지된 다양한 층 구성을 채용할 수 있다. 따라서, 발광 기능층(14)은 청색, 적색 등의 가시광을 방출하는 것이라도 좋고, 가시광을 동반하지 않고서 또는 가시광과 함께 자외광을 발광하는 것이라도 좋다. 발광 기능층(14)은, p-n 접합을 이용한 발광 소자의 적어도 일부를 구성하는 것이 바람직하고, 이 p-n 접합은, 도 1에 도시하는 것과 같이, p형층(14a)과 n형층(14c) 사이에 활성층(14b)을 포함하고 있어도 좋다. 이 때, 활성층으로서 p형층 및/또는 n형층보다도 밴드갭이 작은 층을 이용한 더블 헤테로 접합 또는 싱글 헤테로 접합(이하, 헤테로 접합이라고 총칭함)으로 하여도 좋다. 또한, p형층-활성층-n형층의 일 형태로서, 활성층의 두께를 얇게 한 양자 우물 구조를 채용할 수 있다. 양자 우물을 얻기 위해서는 활성층의 밴드갭이 p형층 및 n형층보다도 작게 한 더블 헤테로 접합이 채용되어야 하는 것은 물론이다. 또한, 이들 양자 우물 구조를 다수 적층한 다중 양자 우물 구조(MQW)로 하여도 좋다. 이들 구조를 취함으로써, p-n 접합과 비교하여 발광 효율을 높일 수 있다. 이와 같이, 발광 기능층(14)은, 발광 기능을 갖는 p-n 접합 및/또는 헤테로 접합 및/또는 양자 우물 접합을 갖춘 것임이 바람직하다. A light-emitting functional layer 14 is formed on the substrate 12. The light-emitting functional layer 14 may be provided on the entire surface or part of the substrate 12 and may be provided on the entire surface or part of the buffer layer when a buffer layer described later is formed on the substrate 12. [ The light-emitting functional layer 14 is provided with at least one layer composed of a plurality of semiconductor single crystal particles having a single crystal structure in a direction of a normal line. When the electrode and / or the fluorescent material are appropriately installed and a voltage is applied, Various known layer arrangements for emitting light based on the principle of the light emitting element to be used can be employed. Therefore, the light-emitting functional layer 14 may emit visible light such as blue or red, or may emit ultraviolet light with or without visible light. The light emitting function layer 14 preferably constitutes at least a part of the light emitting device using the pn junction. This pn junction is formed between the p-type layer 14a and the n-type layer 14c And may include the active layer 14b. At this time, double heterojunction or single heterojunction (hereinafter, referred to as heterojunction) using a layer having a smaller bandgap than the p-type layer and / or the n-type layer may be used as the active layer. As a form of the p-type layer-active layer-n-type layer, a quantum well structure in which the thickness of the active layer is reduced can be adopted. Needless to say, in order to obtain a quantum well, a double hetero-junction in which the band gap of the active layer is smaller than that of the p-type layer and the n-type layer must be adopted. Further, a multiple quantum well structure (MQW) in which a plurality of these quantum well structures are stacked may be used. By taking these structures, the luminous efficiency can be enhanced as compared with the p-n junction. As described above, the light-emitting functional layer 14 preferably has a p-n junction and / or a hetero junction and / or a quantum well junction having a light emitting function.

따라서, 발광 기능층(14)을 구성하는 하나 이상의 층은, n형 도펀트가 도핑되어 있는 n형층, p형 도펀트가 도핑되어 있는 p형층 및 활성층으로 이루어지는 그룹에서 선택되는 적어도 하나 이상을 포함하는 것일 수 있다. n형층, p형층 및 (존재하는 경우에는) 활성층은, 주성분이 동일한 재료로 구성되어도 좋고, 서로 주성분이 다른 재료로 구성되어도 좋다. Therefore, the at least one layer constituting the light-emitting functional layer 14 is at least one selected from the group consisting of an n-type layer doped with an n-type dopant, a p-type layer doped with a p-type dopant and an active layer . The n-type layer, the p-type layer, and the active layer (if present) may be made of the same material as the main component, or may be made of a material whose main component is different from each other.

발광 기능층(14)을 구성하는 각 층의 재질은, 질화갈륨 자립 기판의 결정 방위를 대체로 따라서 성장하고 또 발광 기능을 갖는 것이라면 특별히 한정되지 않지만, 질화갈륨(GaN)계 재료, 산화아연(ZnO)계 재료 및 질화알루미늄(AlN)계 재료에서 선택되는 적어도 1종 이상을 주성분으로 하는 재료로 구성되는 것이 바람직하고, p형 내지 n형으로 제어하기 위한 도펀트를 적절하게 포함하는 것이어도 좋다. 특히 바람직한 재료는, 질화갈륨 자립 기판과 동종의 재료인 질화갈륨(GaN)계 재료이다. 또한, 발광 기능층(14)을 구성하는 재료는, 그 밴드갭을 제어하기 위해서, 예컨대 GaN에 AlN, InN 등을 고용(固溶)시킨 혼정으로 하여도 좋다. 또한, 바로 앞의 단락에서 설명한 바와 같이, 발광 기능층(14)은 복수 종의 재료계로 이루어지는 헤테로 접합으로 하여도 좋다. 예컨대, p형층에 질화갈륨(GaN)계 재료, n형층에 산화아연(ZnO)계 재료를 이용하여도 좋다. 또한, p형층에 산화아연(ZnO)계 재료, 활성층과 n형층에 질화갈륨(GaN)계 재료를 이용하여도 좋으며, 재료의 조합에 특별히 한정은 없다. The material of each layer constituting the light-emitting functional layer 14 is not particularly limited as long as it has a crystal orientation of the gallium nitride self-supporting substrate generally grown and has a light emitting function. However, a material such as a gallium nitride (GaN) ) -Based material and an aluminum nitride (AlN) -based material, and may suitably contain a dopant for controlling the p-type to the n-type. A particularly preferable material is a gallium nitride (GaN) -based material which is the same kind of material as the gallium nitride self-supporting substrate. In addition, the material constituting the light-emitting functional layer 14 may be a mixed crystal obtained by solid-solving AlN, InN or the like in GaN, for example, in order to control the band gap. Further, as described in the immediately preceding paragraph, the light emitting functional layer 14 may be a heterojunction formed of a plurality of material systems. For example, a gallium nitride (GaN) -based material may be used for the p-type layer and a zinc oxide (ZnO) -based material may be used for the n-type layer. Further, a zinc oxide (ZnO) based material may be used for the p-type layer, and a gallium nitride (GaN) based material may be used for the active layer and the n-type layer.

발광 기능층(14)을 구성하는 각 층은, 대략 법선 방향으로 단결정 구조를 갖는 복수의 반도체 단결정 입자로 구성된다. 즉, 각 층은, 수평면 방향으로 이차원적으로 연결되어 이루어지는 복수의 반도체 단결정 입자로 구성되어 있고, 그 때문에, 대략 법선 방향으로는 단결정 구조를 갖게 된다. 따라서, 발광 기능층(14)의 각 층은, 층 전체적으로는 단결정이 아니지만, 국소적인 도메인 단위에서는 단결정 구조를 갖기 때문에, 발광 기능을 확보하기에 충분한 높은 결정성을 가질 수 있다. 바람직하게는, 발광 기능층(14)의 각 층을 구성하는 반도체 단결정 입자는, 기판(12)인 질화갈륨 자립 기판의 결정 방위를 대체로 따라서 성장한 구조를 갖는다. 「질화갈륨 자립 기판의 결정 방위를 대체로 따라서 성장한 구조」란, 질화갈륨 자립 기판의 결정 방위의 영향을 받은 결정 성장이 가져온 구조를 의미하며, 반드시 질화갈륨 자립 기판의 결정 방위를 완전히 따라서 성장한 구조라고는 할 수 없고, 원하는 발광 기능을 확보할 수 있는 한, 질화갈륨 자립 기판의 결정 방위를 어느 정도 따라서 성장한 구조라도 좋다. 즉, 이 구조는 배향 다결정 소결체와 다른 결정 방위로 성장하는 구조도 포함한다. 그러한 의미에서, 「결정 방위를 대체로 따라서 성장한 구조」라는 표현은 「결정 방위에 대체로 유래하여 성장한 구조」라고 바꿔 말할 수도 있다. 그와 같은 결정 성장은 에피택셜 성장에 의한 것이 바람직하지만, 이것에 한정되지 않고, 그것과 유사한 여러 가지 결정 성장의 형태라도 좋다. 특히 n형층, 활성층, p형층 등을 구성하는 각 층이 질화갈륨 자립 기판과 동일한 결정 방위로 성장하는 경우는, 질화갈륨 자립 기판에서부터 발광 기능층의 각 층 사이에서도 대략 법선 방향에 관해서는 결정 방위가 대체로 가지런한 구조가 되어, 양호한 발광 특성을 얻을 수 있다. 즉, 발광 기능층(14)도 질화갈륨 자립 기판(12)의 결정 방위를 대체로 따라서 성장하는 경우는, 기판의 수직 방향에서는 방위가 대체로 일정하게 된다. 이 때문에, 법선 방향은 단결정과 동등한 상태이며, n형 도펀트를 첨가한 질화갈륨 자립 기판을 이용한 경우, 질화갈륨 자립 기판을 캐소드로 한 종형 구조의 발광 소자로 할 수 있고, p형 도펀트를 첨가한 질화갈륨 자립 기판을 이용한 경우, 질화갈륨 자립 기판을 애노드로 한 종형 구조의 발광 소자로 할 수 있다. Each layer constituting the light-emitting functional layer 14 is composed of a plurality of semiconductor single crystal particles having a single crystal structure in a substantially normal direction. That is, each layer is composed of a plurality of semiconductor single crystal grains two-dimensionally connected in a horizontal plane direction, and therefore, has a single crystal structure in a substantially normal direction. Therefore, each layer of the light-emitting functional layer 14 is not a single crystal as a whole but has a single crystal structure in a local domain unit, and thus can have a crystallinity sufficiently high to ensure a luminescent function. Preferably, the semiconductor single crystal particles constituting each layer of the light-emitting functional layer 14 have a structure in which the crystal orientation of the gallium nitride self-supporting substrate as the substrate 12 is substantially grown. Refers to a structure in which crystal growth is effected by a crystal orientation of a gallium nitride self-supporting substrate, and a structure in which the crystal orientation of a gallium nitride self-supporting substrate is completely grown And the crystal orientation of the gallium nitride self-supporting substrate may be grown to some extent as long as the desired light emitting function can be ensured. That is, this structure also includes a structure that grows in a crystal orientation different from that of the oriented polycrystalline sintered body. In this sense, the expression " a structure grown substantially along the crystal orientation " may be referred to as a " structure grown largely from a crystal orientation. &Quot; Such crystal growth is preferably performed by epitaxial growth, but the present invention is not limited to this, and various crystal growth types similar thereto may be used. In particular, when each of the layers constituting the n-type layer, the active layer and the p-type layer grows in the same crystal orientation as the gallium nitride self-supporting substrate, the crystal orientation between the gallium nitride self- And a good luminescence characteristic can be obtained. That is, when the light emitting function layer 14 also grows substantially along the crystal orientation of the gallium nitride self-supporting substrate 12, the orientation becomes substantially constant in the vertical direction of the substrate. Therefore, in the case of using the gallium nitride self-supporting substrate to which the n-type dopant is added, the normal direction is the same as that of the single crystal. In the case of using the gallium nitride self-supporting substrate as the cathode, When the gallium nitride self-supporting substrate is used, the light emitting device having a vertical structure in which the gallium nitride self-supporting substrate is an anode can be obtained.

적어도 발광 기능층(14)을 구성하는 n형층, 활성층, p형층 등의 각 층이 동일한 결정 방위로 성장하는 경우는, 발광 기능층(14)의 각 층은, 법선 방향으로 본 경우에 단결정으로 관찰되고, 수평면 방향의 절단면에서 본 경우에 입계가 관찰되는 주상 구조의 반도체 단결정 입자의 집합체라고 파악하는 것도 가능하다. 여기서, 「주상 구조」란, 전형적인 세로로 긴 기둥 형상만을 의미하는 것은 아니고, 가로로 긴 형상, 사다리꼴 형상 및 사다리꼴을 거꾸로 한 것과 같은 형상 등, 다양한 형상을 포함하는 의미로서 정의된다. 다만, 전술한 바와 같이, 각 층은 질화갈륨 자립 기판의 결정 방위를 어느 정도 따라서 성장한 구조면 되며, 반드시 엄밀한 의미에서 주상 구조일 필요는 없다. 주상 구조가 되는 원인은, 전술한 대로, 기판(12)인 질화갈륨 자립 기판의 결정 방위의 영향을 받아 반도체 단결정 입자가 성장하기 때문이라고 생각된다. 이 때문에, 주상 구조라고도 말할 수 있는 반도체 단결정 입자의 단면의 평균 입경(이하, 단면 평균 직경이라고 함)은 성막 조건뿐만 아니라, 질화갈륨 자립 기판의 판면의 평균 입경에도 의존하는 것으로 생각된다. 발광 기능층을 구성하는 주상 구조의 계면은 발광 효율이나 발광 파장에 영향을 주는데, 입계가 있음으로써 단면 방향의 빛의 투과율이 나빠, 빛이 산란 내지 반사한다. 이 때문에, 법선 방향으로 빛을 추출하는 구조인 경우, 입계로부터의 산란광에 의해 휘도가 높아지는 효과도 기대된다. At least the respective layers of the n-type layer, the active layer and the p-type layer constituting the light-emitting function layer 14 are grown in the same crystal orientation, each layer of the light-emitting functional layer 14 is formed of single crystal It is also possible to grasp that it is an aggregate of semiconductor single crystal particles of the columnar structure in which the grain boundary is observed when viewed from the cut plane in the horizontal plane direction. Here, the " columnar structure " does not only mean a typical vertically long columnar shape but also a meaning including various shapes such as a horizontally elongated shape, a trapezoidal shape, and a trapezoidal inverted shape. However, as described above, each layer is a structure in which the crystal orientation of the gallium nitride self-supporting substrate is grown to some extent, and it does not necessarily have to be a columnar structure in a strict sense. It is considered that the cause of the columnar structure is that the semiconductor single crystal grain grows under the influence of the crystal orientation of the gallium nitride self-supporting substrate which is the substrate 12 as described above. For this reason, it is considered that the average grain size (hereinafter referred to as the section average diameter) of the cross section of the semiconductor single crystal grain, which is also referred to as the columnar structure, depends not only on the film forming conditions but also on the average grain size of the gallium nitride self- The interface of the columnar structure constituting the light-emitting functional layer affects the luminous efficiency and the emission wavelength. The presence of the grain boundaries results in a poor light transmittance in the cross-sectional direction, and the light is scattered or reflected. Therefore, in the case of a structure for extracting light in the normal direction, the effect of increasing the luminance by the scattered light from the grain boundaries is also expected.

다만, 발광 기능층(14)을 구성하는 주상 구조끼리의 계면은 결정성이 저하하기 때문에, 발광 효율이 저하하고, 발광 파장이 변동하여, 발광 파장이 넓어질 가능성이 있다. 이 때문에, 주상 구조의 단면 평균 직경은 큰 쪽이 좋다. 바람직하게는, 발광 기능층(14)의 최외측 표면에 있어서의 반도체 단결정 입자의 단면 평균 직경은 0.3 ㎛ 이상이고, 보다 바람직하게는 3 ㎛ 이상, 더욱 바람직하게는 20 ㎛ 이상, 특히 바람직하게는 50 ㎛ 이상, 가장 바람직하게는 70 ㎛ 이상이다. 이 단면 평균 직경의 상한은 특별히 한정되지 않지만, 1000 ㎛ 이하가 현실적이고, 보다 현실적으로는 500 ㎛ 이하이며, 더욱 현실적으로는 200 ㎛ 이하이다. 또한, 이러한 단면 평균 직경의 반도체 단결정 입자를 제작하기 위해서는, 질화갈륨 자립 기판을 구성하는 질화갈륨계 단결정 입자의 기판의 최외측 표면에 있어서의 단면 평균 직경을 0.3 ㎛~1000 ㎛로 하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 3 ㎛ 이상이다. However, since the crystallinity of the interface between the columnar structures constituting the light-emitting functional layer 14 is lowered, there is a possibility that the luminous efficiency is lowered, the emission wavelength is varied, and the emission wavelength is widened. Therefore, the larger the cross-sectional average diameter of the columnar structure is, the better. Preferably, the cross-sectional mean diameter of the semiconductor single crystal grain on the outermost surface of the light-emitting functional layer 14 is 0.3 占 퐉 or more, more preferably 3 占 퐉 or more, further preferably 20 占 퐉 or more, 50 mu m or more, and most preferably 70 mu m or more. The upper limit of the cross-sectional average diameter is not particularly limited, but is not more than 1000 占 퐉, more realistic, not more than 500 占 퐉, and more practically not more than 200 占 퐉. In order to manufacture semiconductor single-crystal particles having such a cross-sectional average diameter, it is preferable that the cross-sectional average diameter of the outermost surface of the substrate of gallium nitride monocrystalline grains constituting the gallium nitride self-supporting substrate is 0.3 to 1000 탆 , And more preferably 3 m or more.

발광 기능층(14)의 일부 또는 전부에 질화갈륨(GaN)계 이외의 재료가 이용되는 경우에는, 질화갈륨 자립 기판(12)과 발광 기능층(14) 사이에 반응을 억제하기 위한 버퍼층을 설치하여도 좋다. 이러한 버퍼층의 주성분은 특별히 한정되지 않지만, 산화아연(ZnO)계 재료 및 질화알루미늄(AlN)계 재료에서 선택되는 적어도 1종 이상을 주성분으로 하는 재료로 구성되는 것이 바람직하고, p형 내지 n형으로 제어하기 위한 도펀트를 적절하게 포함하는 것이라도 좋다. When a material other than a gallium nitride (GaN) based material is used for part or all of the light-emitting function layer 14, a buffer layer for suppressing the reaction is provided between the gallium nitride self-standing substrate 12 and the light- . The main component of such a buffer layer is not particularly limited, but it is preferably composed of a material containing as a main component at least one selected from a zinc oxide (ZnO) -based material and an aluminum nitride (AlN) -based material, But may appropriately include a dopant for control.

발광 기능층(14)을 구성하는 각 층이 질화갈륨계 재료로 구성되는 것이 바람직하다. 예컨대, 질화갈륨 자립 기판(12) 상에 n형 질화갈륨층 및 p형 질화갈륨층을 순차 성장시키더라도 좋으며, p형 질화갈륨층과 n형 질화갈륨층의 적층 순서는 반대라도 좋다. p형 질화갈륨층에 사용되는 p형 도펀트의 바람직한 예로서는, 베릴륨(Be), 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr), 아연(Zn) 및 카드뮴(Cd)으로 이루어지는 그룹에서 선택되는 1종 이상을 들 수 있다. 또한, n형 질화갈륨층에 사용되는 n형 도펀트의 바람직한 예로서는, 실리콘(Si), 게르마늄(Ge), 주석(Sn) 및 산소(O)로 이루어지는 그룹에서 선택되는 1종 이상을 들 수 있다. 또한, p형 질화갈륨층 및/또는 n형 질화갈륨층은, AlN 및 InN으로 이루어지는 그룹에서 선택되는 1종 이상의 결정과 혼정화된 질화갈륨으로 이루어지는 것이라도 좋고, p형층 및/또는 n형층은 이 혼정화된 질화갈륨에 p형 도펀트 또는 n형 도펀트가 도핑되어 있어도 좋다. 예컨대, 질화갈륨과 AlN의 혼정인 AlxGa1 -xN에 Mg를 도핑함으로써 p형층, AlxGa1 - xN에 Si를 도핑함으로써 n형층으로서 사용할 수 있다. 질화갈륨을 AlN과 혼정화함으로써 밴드갭이 넓어져, 발광 파장을 고에너지 쪽으로 시프트시킬 수 있다. 또한, 질화갈륨을 InN과의 혼정으로 하여도 좋으며, 이에 따라 밴드갭이 좁아져, 발광 파장을 저에너지 쪽으로 시프트시킬 수 있다. p형 질화갈륨층과 n형 질화갈륨층 사이에, 양 층 중 어느 것보다도 밴드갭이 작은 GaN, 또는 AlN 및 InN으로 이루어지는 그룹에서 선택되는 1종 이상과 GaN과의 혼정으로 이루어지는 활성층을 적어도 갖더라도 좋다. 활성층은 p형층 및 n형층과 더블 헤테로 접합된 구조이고, 이 활성층을 얇게 한 구성은 p-n 접합의 일 양태인 양자 우물 구조의 발광 소자에 상당하며, 발광 효율을 한층 더 높일 수 있다. 또한, 활성층은 양 층 중 어느 한쪽보다도 밴드갭이 작고 GaN 또는 AlN 및 InN으로 이루어지는 그룹에서 선택되는 1종 이상과 GaN과의 혼정으로 이루어지는 것으로 하여도 좋다. 이러한 싱글 헤테로 접합으로도 발광 효율을 한층 더 높일 수 있다. 질화갈륨계 버퍼층은, 비도핑의 GaN, 또는 n형 혹은 p형 도핑된 GaN으로 이루어지는 것이라도 좋고, 격자 정수가 가까운 AlN, InN, 혹은 GaN과 AlN 및 InN으로 이루어지는 그룹에서 선택되는 1종 이상의 결정과 혼정화된 것이라도 좋다. It is preferable that each layer constituting the light-emitting functional layer 14 is made of a gallium nitride-based material. For example, an n-type gallium nitride layer and a p-type gallium nitride layer may be successively grown on the gallium nitride self-supporting substrate 12, and the order of stacking the p-type gallium nitride layer and the n-type gallium nitride layer may be reversed. Preferable examples of the p-type dopant used for the p-type gallium nitride layer are selected from the group consisting of beryllium (Be), magnesium (Mg), calcium (Ca), strontium (Sr), zinc (Zn) and cadmium One or more species can be mentioned. Preferable examples of the n-type dopant used for the n-type gallium nitride layer include at least one selected from the group consisting of silicon (Si), germanium (Ge), tin (Sn) and oxygen (O). The p-type gallium nitride layer and / or the n-type gallium nitride layer may be composed of gallium nitride mixed with at least one crystal selected from the group consisting of AlN and InN, and the p-type layer and / or n- The impurity-doped gallium nitride may be doped with a p-type dopant or an n-type dopant. For example, p-type layer, Al x Ga 1 by doping Mg on the mixed crystal of Al x Ga 1 -x N of GaN and AlN - by doping with Si to N x can be used as the n-type layer. By mixing gallium nitride with AlN, the bandgap is widened and the emission wavelength can be shifted toward higher energy. Further, the gallium nitride may be a mixed crystal with InN, thereby narrowing the bandgap and shifting the emission wavelength toward the low energy. at least one active layer made of GaN having a bandgap smaller than that of either layer or a mixed crystal of GaN and at least one selected from the group consisting of AlN and InN is provided between the p-type gallium nitride layer and the n-type gallium nitride layer It may be. The active layer has a structure in which the p-type layer and the n-type layer are double-hetero-junctioned. The thinned active layer corresponds to a light-emitting device having a quantum well structure, which is one mode of pn junction, and the luminous efficiency can be further increased. The active layer may have a band gap smaller than that of either one of the two layers and may be composed of a mixed crystal of GaN and at least one selected from the group consisting of GaN, AlN and InN. Even with such a single heterojunction, the luminous efficiency can be further increased. The gallium nitride buffer layer may be composed of undoped GaN or n-type or p-type doped GaN, and it may be made of AlN, InN or GaN having a lattice constant close to that of GaN, and at least one kind of crystal selected from the group consisting of AlN and InN And may be purified.

다만, 발광 기능층(14)은 질화갈륨(GaN)계 재료, 산화아연(ZnO)계 재료, 질화알루미늄(AlN)계 재료에서 선택되는 복수의 재료계로 구성하여도 좋다. 예컨대 질화갈륨 자립 기판(12) 상에 p형 질화갈륨층, n형 산화아연층을 성장시키더라도 좋으며, p형 질화갈륨층과 n형 산화아연층의 적층 순서는 반대라도 좋다. 질화갈륨 자립 기판(12)을 발광 기능층(14)의 일부로서 이용하는 경우는, n형 또는 p형의 산화아연층을 형성하여도 좋다. p형 산화아연층에 사용되는 p형 도펀트의 바람직한 예로서는, 질소(N), 인(P), 비소(As), 카본(C), 리튬(Li), 나트륨(Na), 칼륨(K), 은(Ag) 및 구리(Cu)로 이루어지는 그룹에서 선택되는 1종 이상을 들 수 있다. 또한, n형 산화아연층에 사용되는 n형 도펀트의 바람직한 예로서는, 알루미늄(Al), 갈륨(Ga), 인듐(In), 붕소(B), 불소(F), 염소(Cl), 브롬(Br), 요오드(I) 및 실리콘(Si)으로 이루어지는 그룹에서 선택되는 1종 이상을 들 수 있다. However, the light-emitting functional layer 14 may be composed of a plurality of material systems selected from a gallium nitride (GaN) based material, a zinc oxide based material, and an aluminum nitride (AlN) based material. For example, a p-type gallium nitride layer and an n-type zinc oxide layer may be grown on the gallium nitride self-supporting substrate 12, and the order of stacking the p-type gallium nitride layer and the n-type zinc oxide layer may be reversed. When the gallium nitride self-standing substrate 12 is used as a part of the light-emitting functional layer 14, an n-type or p-type zinc oxide layer may be formed. Preferable examples of the p-type dopant used for the p-type zinc oxide layer include nitrogen (N), phosphorus (P), arsenic (As), carbon (C), lithium (Li), sodium (Na) Silver (Ag), and copper (Cu). Preferred examples of the n-type dopant used for the n-type zinc oxide layer include aluminum (Al), gallium (Ga), indium (In), boron (B), fluorine (F), chlorine ), Iodine (I) and silicon (Si).

발광 기능층(14) 및 버퍼층의 성막 방법은, 질화갈륨 자립 기판의 결정 방위를 대체로 따라서 성장하는 방법이라면 특별히 한정되지 않지만, MOCVD, MBE, HVPE, 스퍼터링 등의 기상법, Na 플럭스법, 암모노서멀법, 수열법, 졸겔법 등의 액상법, 분말의 고상 성장을 이용한 분말법 및 이들의 조합이 바람직하게 예시된다. 예컨대 MOCVD법을 이용하여 질화갈륨계 재료로 이루어지는 발광 기능층(14)을 제작하는 경우는, 적어도 갈륨(Ga)을 포함하는 유기 금속 가스(예컨대 트리메틸갈륨)와 질소(N)를 적어도 포함하는 가스(예컨대 암모니아)를 원료로서 기판 상에 플로우시키고, 수소, 질소 또는 그 양쪽을 포함하는 분위기 등에서 300~1200℃ 정도의 온도 범위에서 성장시키더라도 좋다. 이 경우, 밴드갭 제어를 위해서 인듐(In), 알루미늄(Al), n형 및 p형 도펀트로서 실리콘(Si) 및 마그네슘(Mg)을 포함하는 유기 금속 가스(예컨대 트리메틸인듐, 트리메틸알루미늄, 모노실란, 디실란, 비스-시클로펜타디에닐마그네슘)를 적절하게 도입하여 성막을 실시하여도 좋다. The method of forming the light-emitting functional layer 14 and the buffer layer is not particularly limited as long as the crystal orientation of the gallium nitride self-supporting substrate can be substantially grown, but a vapor phase method such as MOCVD, MBE, HVPE, or sputtering, a Na flux method, A hydrothermal method such as a hydrothermal method and a sol-gel method, a powder method using solid-phase growth of a powder, and a combination thereof are preferably exemplified. For example, in the case of fabricating the light emitting functional layer 14 made of a gallium nitride-based material by using the MOCVD method, a gas containing at least an organic metal gas (for example, trimethyl gallium) and nitrogen (N) (For example, ammonia) may be flown as a raw material on the substrate and grown in a temperature range of about 300 to 1200 DEG C in an atmosphere containing hydrogen, nitrogen, or both. In this case, an organic metal gas containing silicon (Si) and magnesium (Mg) (for example, trimethyl indium, trimethyl aluminum, monosilane , Disilane, bis-cyclopentadienyl magnesium) may be appropriately introduced to perform film formation.

또한, 발광 기능층(14) 및 버퍼층에 질화갈륨계 이외의 재료를 이용하는 경우는, 질화갈륨 자립 기판 상에 종결정층을 성막하여도 좋다. 종결정층의 성막 방법이나 재질에 한정은 없는데, 결정 방위를 대체로 따르는 결정 성장을 재촉하는 것이면 된다. 예컨대, 산화아연계 재료를 발광 기능층(14)의 일부 또는 전부에 이용하는 경우, MOCVD법, MBE법, HVPE법, 스퍼터링법 등의 기상성장법을 이용하여 매우 얇은 산화아연의 종결정을 제작하여도 좋다. When a material other than a gallium nitride-based material is used for the light-emitting functional layer 14 and the buffer layer, the seed crystal layer may be formed on the gallium nitride self-supporting substrate. The seed crystal layer is not limited to a film formation method or a material, but may be any one that promotes crystal growth that generally follows the crystal orientation. For example, when a zinc oxide-based material is used for part or all of the light-emitting functional layer 14, very thin zinc oxide seed crystals are produced by vapor phase growth methods such as MOCVD, MBE, HVPE, and sputtering It is also good.

발광 기능층(14) 위에 전극층(16) 및/또는 형광체층을 더 구비하고 있어도 좋다. 전술한 바와 같이, 도전성을 갖는 질화갈륨 자립 기판(12)을 이용한 발광 소자는 종형 구조를 채용할 수 있기 때문에, 도 1에 도시하는 것과 같이 질화갈륨 자립 기판(12)의 이면에도 전극층(18)을 설치할 수 있지만, 질화갈륨 자립 기판(12)을 전극 그 자체로서 사용하여도 좋으며, 그 경우에는 질화갈륨 자립 기판(12)에는 n형 도펀트가 첨가되어 있는 것이 바람직하다. 전극층(16, 18)은 공지된 전극 재료로 구성하면 되는데, 발광 기능층(14) 상의 전극층(16)은, ITO 등의 투명 도전막, 또는 격자 구조 등의 개구율이 높은 금속 전극으로 하면, 발광 기능층(14)에서 발생한 빛의 추출 효율이 상승한다는 점에서 바람직하다. The light emitting function layer 14 may further include an electrode layer 16 and / or a phosphor layer. As described above, since the light emitting device using the electrically conductive gallium nitride self-standing substrate 12 can employ a vertical structure, the electrode layer 18 is formed on the back surface of the gallium nitride self- However, the gallium nitride self-standing substrate 12 may be used as the electrode itself. In this case, it is preferable that the gallium nitride self-supporting substrate 12 is doped with an n-type dopant. When the electrode layer 16 on the light-emitting functional layer 14 is formed of a transparent conductive film such as ITO or a metal electrode having a high aperture ratio such as a lattice structure, The extraction efficiency of light generated in the functional layer 14 is increased.

발광 기능층(14)이 자외광을 방출할 수 있는 것인 경우에는, 자외광을 가시광으로 변환하기 위한 형광체층을 전극층의 외측에 설치하여도 좋다. 형광체층은 자외선을 가시광으로 변환할 수 있는 공지된 형광 성분을 포함하는 층이면 되고 특별히 한정되지 않는다. 예컨대, 자외광에 의해 여기되어 청색광을 발광하는 형광 성분과, 자외광에 의해 여기되어 청~녹색광을 발광하는 형광 성분과, 자외광에 의해 여기되어 적색광을 발광하는 형광 성분을 혼재시켜, 혼합색으로서 백색광을 얻는 식의 구성으로 하는 것이 바람직하다. 그와 같은 형광 성분의 바람직한 조합으로서는, (Ca, Sr)5(PO4)3Cl:Eu, BaMgAl10O17:Eu, 및 Mn, Y2O3S:Eu를 들 수 있고, 이들 성분을 실리콘 수지 등의 수지 속에 분산시켜 형광체층을 형성하는 것이 바람직하다. 이러한 형광 성분은 상기 예시 물질에 한정되는 것이 아니라, 다른 자외광 여기 형광체, 예컨대 이트륨·알루미늄·가넷(YAG)이나 실리케이트계 형광체, 산질화물계 형광체 등의 조합이라도 좋다. When the luminescent functional layer 14 is capable of emitting ultraviolet light, a phosphor layer for converting ultraviolet light into visible light may be provided outside the electrode layer. The phosphor layer is not particularly limited as long as it is a layer containing a known fluorescent component capable of converting ultraviolet rays into visible light. For example, a fluorescent component that is excited by ultraviolet light to emit blue light, a fluorescent component that is excited by ultraviolet light to emit blue to green light, and a fluorescent component that is excited by ultraviolet light to emit red light are mixed, It is preferable to adopt a configuration in which white light is obtained. (Ca, Sr) 5 (PO 4 ) 3 Cl: Eu, BaMgAl 10 O 17 : Eu, and Mn, Y 2 O 3 S: Eu are examples of preferable combinations of such fluorescent components. It is preferable to form the phosphor layer by dispersing in a resin such as silicone resin. Such a fluorescent component is not limited to the above exemplified material but may be a combination of other ultraviolet excited fluorescent material such as yttrium aluminum garnet (YAG), silicate fluorescent material, oxynitride fluorescent material, or the like.

한편, 발광 기능층(14)이 청색광을 방출할 수 있는 것인 경우에는, 청색광을 황색광으로 변환하기 위한 형광체층을 전극층의 외측에 설치하여도 좋다. 형광체층은 청색광을 황색광으로 변환할 수 있는 공지된 형광 성분을 포함하는 층이면 되고 특별히 한정되지 않는다. 예컨대 YAG 등의 황색 발광하는 형광체와의 조합으로 하여도 좋다. 이와 같이 함으로써, 형광체층을 투과한 청색 발광과 형광체로부터의 황색 발광은 보색 관계에 있기 때문에, 의사적인 백색 광원으로 할 수 있다. 한편, 형광체층은, 청색을 황색으로 변환하는 형광 성분과, 자외광을 가시광으로 변환하기 위한 형광 성분 양쪽을 구비함으로써, 자외광의 가시광으로의 변환과 청색광의 황색광으로의 변환 양쪽을 행하는 구성으로 하여도 좋다. On the other hand, when the luminescent functional layer 14 is capable of emitting blue light, a phosphor layer for converting blue light into yellow light may be provided outside the electrode layer. The phosphor layer is not particularly limited as long as it is a layer containing a known fluorescent component capable of converting blue light into yellow light. For example, it may be combined with a phosphor emitting yellow light such as YAG. By doing so, the blue light emitted from the phosphor layer and the yellow light emitted from the phosphor are in a complementary relationship, so that a pseudo-white light source can be obtained. On the other hand, the phosphor layer includes both a fluorescent component for converting blue light into yellow light and a fluorescent light component for converting ultraviolet light to visible light, so that both the conversion of ultraviolet light into visible light and the conversion of blue light into yellow light .

용도Usage

본 발명의 질화갈륨 자립 기판은, 전술한 발광 소자뿐만 아니라, 각종 전자 디바이스, 파워 디바이스, 수광 소자, 태양전지용 웨이퍼 등의 다양한 용도에 바람직하게 이용할 수 있다. INDUSTRIAL APPLICABILITY The gallium nitride self-standing substrate of the present invention can be suitably used for various applications such as various electronic devices, power devices, light receiving devices, and solar cell wafers as well as the above-described light emitting devices.

실시예Example

본 발명을 이하의 예에 의해 더욱 구체적으로 설명한다. The present invention will be described more specifically with reference to the following examples.

예 1Example 1

(1) c면 배향 알루미나 소결체의 제작 (1) Fabrication of c-plane oriented alumina sintered body

원료로서, 판상 알루미나 분말(킨세이마테크가부시키가이샤 제조, 등급(grade) 00610)을 준비했다. 판상 알루미나 입자 100 중량부에 대하여, 바인더(폴리비닐부티랄: 품번 BM-2, 세키스이가가쿠고교가부시키가이샤 제조) 7 중량부와, 가소제(DOP: 디(2-에틸헥실)프탈레이트, 구로가네가세이가부시키기아샤 제조) 3.5 중량부와, 분산제(레오도르 SP-O30, 가오가부시키가이샤 제조) 2 중량부와, 분산매(2-에틸헥산올)를 혼합했다. 분산매의 양은, 슬러리 점도가 20000 cP가 되도록 조정했다. 상기한 바와 같이 하여 조제된 슬러리를, 닥터블레이드법에 의해서, PET 필름 위에, 건조 후의 두께가 20 ㎛가 되도록 시트형으로 성형했다. 얻어진 테이프를 구경 50.8 mm(2 인치)의 원형으로 절단한 후 150장 적층하여, 두께 10 mm의 Al판 위에 배치한 후, 진공 팩을 행했다. 이 진공 팩을 85℃의 온수 속에서, 100 kgf/㎠의 압력으로 정수압 프레스를 실시하여, 원반형의 성형체를 얻었다. As a raw material, a flaky alumina powder (grade 00610, manufactured by Kinesei Tech Co., Ltd.) was prepared. 7 parts by weight of a binder (polyvinyl butyral: part number BM-2, manufactured by Sekisui Chemical Co., Ltd.), 10 parts by weight of a plasticizer (DOP: di (2-ethylhexyl) phthalate, Ltd.) and 2 parts by weight of a dispersant (Leodor SP-O30, manufactured by Kao Corporation) and a dispersion medium (2-ethylhexanol) were mixed. The amount of the dispersion medium was adjusted so that the slurry viscosity became 20000 cP. The slurry prepared as described above was formed into a sheet shape on a PET film by a doctor blade method so as to have a thickness after drying of 20 mu m. The obtained tape was cut into a circle of 50.8 mm (2 inches) in diameter, and then 150 sheets were stacked and placed on an Al plate having a thickness of 10 mm, and then vacuum packed. This vacuum pack was subjected to hydrostatic pressing at a pressure of 100 kgf / cm < 2 > in warm water at 85 DEG C to obtain a disk-shaped molded article.

얻어진 성형체를 탈지로(脫脂爐) 속에 배치하여, 600℃에서 10시간의 조건으로 탈지를 했다. 얻어진 탈지체를 흑연제의 형(型)을 이용하여, 핫프레스로 질소 속에서 1600℃에서 4시간, 면압 200 kgf/㎠의 조건으로 소성했다. 얻어진 소결체를 열간등방압가압법(HIP)으로 아르곤 속의 1700℃에서 2시간, 가스압 1500 kgf/㎠의 조건으로 재차 소성했다. The obtained molded article was placed in a degreasing furnace and degreased at 600 ° C for 10 hours. The obtained degreased body was fired in a hot press in nitrogen at 1600 占 폚 for 4 hours under a surface pressure of 200 kgf / cm2 using a graphite mold. The obtained sintered body was fired again in a hot isostatic pressing method (HIP) at 1700 占 폚 in argon for 2 hours under a gas pressure of 1500 kgf / cm2.

이와 같이 하여 얻은 소결체를 세라믹스의 정반(定盤)에 고정하고, 지석을 이용하여 #2000까지 연삭하여 판면을 평탄하게 했다. 이어서, 다이아몬드 지립을 이용한 래핑 가공에 의해 판면을 평활화하여, 구경 50.8 mm(2 인치), 두께 1 mm의 배향 알루미나 소결체를 배향 알루미나 기판으로서 얻었다. 지립의 사이즈를 3 ㎛부터 0.5 ㎛까지 단계적으로 작게 하면서 평탄성을 높였다. 가공 후의 평균 거칠기(Ra)는 1 nm였다. The thus-obtained sintered body was fixed to a base plate of a ceramics, and was ground to # 2000 using a grinder to flatten the plate surface. Subsequently, the plate surface was smoothed by lapping using diamond abrasive grains to obtain an oriented alumina sintered body having a diameter of 50.8 mm (2 inches) and a thickness of 1 mm as an oriented alumina substrate. The size of the abrasive grains was gradually reduced from 3 탆 to 0.5 탆, and the flatness was improved. The average roughness (Ra) after processing was 1 nm.

(2) 배향 알루미나 기판의 평가(2) Evaluation of oriented alumina substrate

(배향도의 평가)(Evaluation of orientation degree)

얻어진 배향 알루미나 기판의 배향도를 확인하기 위해서, XRD에 의해 본 실험예에 있어서의 측정 대상으로 하는 결정면인 c면의 배향도를 측정했다. XRD 장치(가부시키가이샤리가크 제조, RINT-TTR III)를 이용하여, 배향 알루미나 기판의 판면에 대하여 X선을 조사했을 때의 2θ=20~70°의 범위에서 XRD 프로파일을 측정했다. c면 배향도는 이하의 식에 의해 산출했다. 이 결과, 본 실험예에 있어서의 c면 배향도의 값은 97%였다. In order to confirm the degree of orientation of the obtained aligned alumina substrate, the degree of orientation of the c-plane, which is the crystal face to be measured in this Experimental Example, was measured by XRD. An XRD profile was measured in the range of 2? = 20 to 70 占 when the plate surface of the oriented alumina substrate was irradiated with X-ray using an XRD apparatus (RINT-TTR III, manufactured by Rigaku Corporation). The c-plane orientation degree was calculated by the following equation. As a result, the value of the c-plane orientation degree in the present experimental example was 97%.

Figure 112015121597319-pct00002
Figure 112015121597319-pct00002

(소결체 입자의 입경 평가)(Evaluation of particle diameter of sintered body particles)

배향 알루미나 기판의 소결체 입자에 관해서, 판면의 평균 입경을 이하의 방법에 의해 측정했다. 얻어진 배향 알루미나 기판의 판면을 연마하여, 1550℃에서 45분간 서멀 에칭을 실시한 후, 주사전자현미경으로 화상을 촬영했다. 시야 범위는, 얻어지는 화상의 대각선에 직선을 그은 경우에, 어느 직선이나 10개부터 30개의 입자와 교차하는 직선이 그어지는 시야 범위로 했다. 얻어진 화상의 대각선에 그은 2 라인의 직선에 있어서, 직선이 교차하는 모든 입자에 대하여, 개개의 입자의 내측의 선분의 길이를 평균한 것에 1.5를 곱한 값을 판면의 평균 입경으로 했다. 이 결과, 판면의 평균 입경은 100 ㎛였다. Regarding the sintered body particles of the oriented alumina substrate, the average particle size of the plate surface was measured by the following method. The plate surface of the obtained aligned alumina substrate was polished and subjected to thermal etching at 1550 占 폚 for 45 minutes, and then an image was taken by a scanning electron microscope. The visual field range was set to a visual range in which a straight line intersecting a straight line or 10 to 30 particles was drawn when a straight line was drawn on the diagonal line of the obtained image. The average particle diameter of the surface of the sheet was defined as a value obtained by multiplying the average of the lengths of the inner line segments of the individual particles by 1.5 for all the particles whose straight lines intersect on the straight line of the two lines on the diagonal line of the obtained image. As a result, the average grain size of the plate was 100 탆.

(3) Ge 도핑 질화갈륨 자립 기판의 제작(3) Fabrication of Ge-doped gallium nitride self-supporting substrate

(3a) 종결정층의 성막(3a) Deposition of seed crystal layer

이어서, 가공한 배향 알루미나 기판 위에, MOCVD법을 이용하여 종결정층을 형성했다. 구체적으로는, 530℃에서 저온 GaN층을 40 nm 퇴적시킨 후에, 1050℃에서 두께 3 ㎛의 GaN막을 적층시켜 종결정 기판을 얻었다. Subsequently, a seed crystal layer was formed on the processed oriented alumina substrate by MOCVD. Specifically, after depositing a low-temperature GaN layer at 530 占 폚 at 40 nm, a GaN film having a thickness of 3 占 퐉 at 1050 占 폚 was laminated to obtain a seed crystal substrate.

(3b) Na 플럭스법에 의한 Ge 도핑 GaN층의 성막(3b) Deposition of Ge-doped GaN layer by Na flux method

상기 공정에서 제작한 종결정 기판을, 내경 80 mm, 높이 45 mm의 원통의 평평한 바닥을 갖는 알루미나 도가니의 바닥부에 설치하고, 이어서 융액 조성물을 글로브 박스 내에서 도가니 안에 충전했다. 융액 조성물의 조성은 이하와 같다. The seed crystal substrate produced in the above process was placed in a bottom portion of an alumina crucible having a flat bottom of a cylinder having an inner diameter of 80 mm and a height of 45 mm and then the melt composition was charged into the crucible in a glove box. The composition of the melt composition is as follows.

·금속 Ga: 60 gMetal Ga: 60 g

·금속 Na: 60 gMetal Na: 60 g

·사염화게르마늄: 1.85 g· Germanium tetrachloride: 1.85 g

이 알루미나 도가니를 내열금속제의 용기에 넣어 밀폐한 후, 결정 육성로의 회전이 가능한 대(臺) 위에 설치했다. 질소 분위기 속에서 870℃, 4.0 MPa까지 승온 가압한 후, 50시간 유지하면서 용액을 회전함으로써, 교반하면서 질화갈륨 결정을 성장시켰다. 결정 성장 종료 후, 3시간 걸쳐 실온까지 서서히 식혀, 결정 육성로로부터 육성 용기를 꺼냈다. 에탄올을 이용하여, 도가니 내에 남은 융액 조성물을 제거하여, 질화갈륨 결정이 성장한 시료를 회수했다. 얻어진 시료는, 50.8 mm(2 인치)의 종결정 기판의 전면(全面) 상에 Ge 도핑 질화갈륨 결정이 성장하였고, 결정의 두께는 약 0.5 mm였다. 크랙은 확인되지 않았다. The alumina crucible was placed in a container made of heat resistant metal and sealed, and then placed on a stand capable of rotating the crystal growth furnace. After elevating the temperature to 870 ° C and 4.0 MPa in a nitrogen atmosphere, the solution was rotated while being held for 50 hours to grow gallium nitride crystals with stirring. After completion of crystal growth, the mixture was gradually cooled to room temperature over 3 hours, and the growing container was taken out from the crystal growing furnace. Using the ethanol, the melt composition remaining in the crucible was removed, and a sample in which the gallium nitride crystal was grown was collected. In the obtained sample, Ge-doped gallium nitride crystal was grown on the entire surface of the seed crystal substrate of 50.8 mm (2 inches), and the thickness of the crystal was about 0.5 mm. Cracks were not identified.

이렇게 해서 얻어진 시료의 배향 알루미나 기판부를 지석에 의한 연삭 가공에 의해 제거하여, Ge 도핑 질화갈륨의 단일체를 얻었다. 이 Ge 도핑 질화갈륨 결정의 판면을 #600 및 #2000의 지석에 의해서 연삭하여 판면을 평탄하게 하고, 이어서 다이아몬드 지립을 이용한 래핑 가공에 의해 판면을 평활화하여, 약 300 ㎛ 두께의 Ge 도핑 질화갈륨 자립 기판을 얻었다. 한편, 평활화 가공에 있어서는, 지립의 사이즈를 3 ㎛부터 0.1 ㎛까지 단계적으로 작게 하면서 평탄성을 높였다. 질화갈륨 자립 기판 표면의 가공 후의 평균 거칠기(Ra)는 0.2 nm였다. The thus-obtained alumina substrate portion of the sample was removed by grinding using a grinding stone to obtain a single piece of Ge-doped gallium nitride. The surface of this Ge-doped gallium nitride crystal was ground by a grinding wheel of # 600 and # 2000 to flatten the surface of the plate, followed by smoothing of the surface of the plate by lapping using diamond abrasive grains to obtain a Ge-doped gallium nitride self- To obtain a substrate. On the other hand, in the smoothing processing, the size of the abrasive grains was gradually reduced from 3 mu m to 0.1 mu m while the flatness was increased. The average roughness (Ra) of the surface of the gallium nitride self-supporting substrate after processing was 0.2 nm.

한편, 본 예에서는, 게르마늄 도핑하여 n형 반도체로 한 것을 제작했지만, 용도, 구조에 따라서는 다른 원소를 도핑하여도 좋고, 비도핑이라도 좋다. On the other hand, in this example, an element made of an n-type semiconductor is doped with germanium. However, depending on the use and structure, other elements may be doped or non-doped.

(체적 저항율의 평가)(Evaluation of volume resistivity)

홀 효과 측정 장치를 이용하여, 질화갈륨 자립 기판의 면내의 체적 저항율을 측정했다. 그 결과, 체적 저항율은 1×10-2 Ω·cm였다. The volume resistivity in the plane of the gallium nitride self-supporting substrate was measured using a Hall effect measuring apparatus. As a result, the volume resistivity was 1 x 10 < -2 >

(질화갈륨 자립 기판의 단면 평균 직경의 평가)(Evaluation of cross-sectional average diameter of gallium nitride self-standing substrate)

질화갈륨 자립 기판의 최외측 표면에 있어서의 GaN 단결정 입자의 단면 평균 직경을 측정하기 위해서, 자립 기판의 표면을 주사전자현미경으로 화상을 촬영했다. 시야 범위는, 얻어지는 화상의 대각선에 직선을 그은 경우에, 10개부터 30개의 주상 조직과 교차하는 직선이 그어지는 시야 범위로 했다. 얻어진 화상의 대각선에 2 라인의 직선을 임의로 그어, 직선이 교차하는 모든 입자에 대하여, 개개의 입자의 내측의 선분의 길이를 평균한 것에 1.5를 곱한 값을, 질화갈륨 자립 기판의 최외측 표면에 있어서의 GaN 단결정 입자의 단면 평균 직경으로 했다. 이 결과, 단면 평균 직경은 약 100 ㎛였다. 한편, 본 예에서는 표면의 주사현미경의 상으로 명료하게 계면을 판별할 수 있지만, 서멀 에칭이나 케미컬 에칭에 의해서 계면을 두드러지게 하는 처리를 실시한 후에 상기한 평가를 하여도 좋다. In order to measure the cross-sectional average diameter of the GaN single crystal particles on the outermost surface of the gallium nitride self-supporting substrate, the surface of the self-supporting substrate was photographed with a scanning electron microscope. The visual field range was set to a visual range in which a straight line intersecting with 10 to 30 columnar tissues was drawn when a straight line was drawn on the diagonal line of the obtained image. A straight line of two lines is arbitrarily drawn on the diagonal line of the obtained image and the value obtained by multiplying the average of the lengths of the inner line segments of the individual particles by 1.5 for all the particles whose straight lines intersect is set to Sectional mean diameter of the GaN monocrystalline grains. As a result, the cross-sectional average diameter was about 100 탆. On the other hand, in this example, the interface can be clearly identified on the surface of the scanning microscope, but the above-described evaluation may be performed after the treatment for making the interface stand out by thermal etching or chemical etching.

(4) Ge 도핑 질화갈륨 자립 기판을 이용한 발광 소자의 제작(4) Fabrication of light-emitting device using Ge-doped gallium nitride self-supporting substrate

(4a) MOCVD법에 의한 발광 기능층의 성막 (4a) Deposition of the light-emitting functional layer by MOCVD

MOCVD법을 이용하여, 질화갈륨 자립 기판 상에 n형층으로서 1050℃에서 Si 원자 농도가 5×1018/㎤이 되도록 도핑한 n-GaN층을 1 ㎛ 퇴적했다. 이어서 발광층으로서 750℃에서 다중 양자 우물층을 퇴적했다. 구체적으로는 InGaN에 의한 2.5 nm의 우물층을 5층, GaN에 의한 10 nm의 장벽층을 6층으로 교대로 적층했다. 이어서 p형층으로서 950℃에서 Mg 원자 농도가 1×1019/㎤가 되도록 도핑한 p-GaN을 200 nm 퇴적했다. 그 후, MOCVD 장치로부터 꺼내어, p형층의 Mg 이온의 활성화 처리로서, 질소 분위기 속에서 800℃의 열처리를 10분간 실시했다. 발광 기능층의 최표면에 있어서의 단결정 입자의 단면 평균 직경을 측정하기 위해서, 발광 기능층의 표면을 주사전자현미경으로 화상을 촬영했다. 시야 범위는, 얻어지는 화상의 대각선에 직선을 그은 경우에, 10개부터 30개의 주상 조직과 교차하는 직선이 그어지는 시야 범위로 했다. 얻어진 화상의 대각선에 2 라인의 직선을 임의로 그어, 직선이 교차하는 모든 입자에 대하여, 개개의 입자의 내측의 선분의 길이를 평균한 것에 1.5를 곱한 값을, 발광 기능층의 최외측 표면에 있어서의 단결정 입자의 단면 평균 직경으로 했다. 이 결과, 단면 평균 직경은 약 100 ㎛였다. An n-GaN layer doped so as to have an Si atom concentration of 5 x 10 18 / cm 3 at 1050 캜 was deposited as 1 μm on the gallium nitride self-supporting substrate by the MOCVD method. Subsequently, a multiple quantum well layer was deposited as a light emitting layer at 750 ° C. Specifically, five layers of 2.5 nm well layers made of InGaN and six layers of 10 nm barrier layers made of GaN were alternately laminated. Subsequently, p-GaN doped to 200 nm as a p-type layer was deposited at 950 캜 so that the Mg atom concentration became 1 x 10 19 / cm 3. Thereafter, the substrate was taken out from the MOCVD apparatus and subjected to heat treatment at 800 캜 for 10 minutes in a nitrogen atmosphere as an activation treatment of Mg ions in the p-type layer. In order to measure the cross-sectional mean diameter of the single crystal particles on the outermost surface of the light-emitting functional layer, an image was taken by scanning electron microscope on the surface of the light-emitting functional layer. The visual field range was set to a visual range in which a straight line intersecting with 10 to 30 columnar tissues was drawn when a straight line was drawn on the diagonal line of the obtained image. A straight line of two lines is arbitrarily drawn on the diagonal line of the obtained image and a value obtained by multiplying the average of the lengths of the inner line segments of the individual particles by 1.5 for all the particles whose straight lines cross each other is multiplied by Lt; 2 > / cm < 2 > As a result, the cross-sectional average diameter was about 100 탆.

(4b) 발광 소자의 제작(4b) Fabrication of light emitting device

포토리소그래피 프로세스와 진공증착법을 이용하여, 질화갈륨 자립 기판의 n-GaN층 및 p-GaN층과는 반대쪽의 면에 캐소드 전극으로서의 Ti/Al/Ni/Au막을 각각 15 nm, 70 nm, 12 nm, 60 nm의 두께로 패터닝했다. 그 후, 오옴성 접촉 특성을 양호한 것으로 하기 위해서, 질소 분위기 속에서의 700℃의 열처리를 30초 동안 실시했다. 또한, 포토리소그래피 프로세스와 진공증착법을 이용하여, p형층에 투광성 애노드 전극으로서 Ni/Au막을 각각 6 nm, 12 nm의 두께로 패터닝했다. 그 후, 오옴성 접촉 특성을 양호한 것으로 하기 위해서 질소 분위기 속에서 500℃의 열처리를 30초 동안 실시했다. 또한, 포토리소그래피 프로세스와 진공증착법을 이용하여, 투광성 애노드 전극으로서의 Ni/Au막의 상면의 일부 영역에, 애노드 전극 패드가 되는 Ni/Au막을 각각 5 nm, 60 nm의 두께로 패터닝했다. 이렇게 해서 얻어진 웨이퍼를 절단하여 칩화하고, 또한 리드 프레임에 실장하여, 종형 구조의 발광 소자를 얻었다. A Ti / Al / Ni / Au film as a cathode electrode was formed on the surface opposite to the n-GaN layer and the p-GaN layer of the gallium nitride self-supporting substrate by a photolithography process and a vacuum deposition process, , And patterned to a thickness of 60 nm. Thereafter, heat treatment at 700 占 폚 in a nitrogen atmosphere was performed for 30 seconds in order to make good ohmic contact characteristics. Further, a Ni / Au film as a transparent anode electrode was patterned to a thickness of 6 nm and 12 nm, respectively, by using a photolithography process and a vacuum deposition method. Thereafter, heat treatment at 500 占 폚 was carried out in a nitrogen atmosphere for 30 seconds in order to make good ohmic contact characteristics. Further, a Ni / Au film to be an anode electrode pad was patterned to a thickness of 5 nm and a thickness of 60 nm, respectively, on a part of the upper surface of the Ni / Au film as a light-transmitting anode electrode by using a photolithography process and a vacuum deposition method. The thus-obtained wafer was cut into chips, and mounted on a lead frame to obtain a vertical-structured light-emitting device.

(4c) 발광 소자의 평가(4c) Evaluation of light emitting device

캐소드 전극과 애노드 전극 사이에 통전하여, I-V 측정을 한 바, 정류성이 확인되었다. 또한, 순방향의 전류를 흘린 바, 파장 450 nm의 발광이 확인되었다. Electric current was applied between the cathode electrode and the anode electrode, and I-V measurement was carried out to confirm the rectifying property. Further, when a forward current was passed through, light emission with a wavelength of 450 nm was confirmed.

예 2Example 2

(1) Mg 도핑 질화갈륨 자립 기판의 제작(1) Fabrication of Mg-doped gallium nitride self-supporting substrate

예 1의 (1)~(3)과 같은 방법으로 배향 알루미나 기판 위에 두께 3 ㎛의 GaN막을 적층시킨 종결정 기판을 제작했다. 이 종결정 기판 상에, 융액 조성물을 하기조성으로 한 것 이외에는 예 1의 (3b)와 같은 식으로 하여 Mg 도핑 GaN막을 성막했다. A seed crystal substrate in which a GaN film having a thickness of 3 占 퐉 was laminated on an oriented alumina substrate was produced in the same manner as in (1) to (3) of Example 1. A Mg-doped GaN film was formed on the seed crystal substrate in the same manner as in (3b) of Example 1, except that the melt composition was changed to the following composition.

·금속 Ga: 60 gMetal Ga: 60 g

·금속 Na: 60 gMetal Na: 60 g

·금속 Mg: 0.02 gMetal Mg: 0.02 g

얻어진 시료는, 50.8 mm(2 인치)의 종결정 기판의 전면 상에 Mg 도핑 질화갈륨 결정이 성장하였고, 결정의 두께는 약 0.5 mm였다. 크랙은 확인되지 않았다. 또한, 얻어진 질화갈륨 속의 Mg 농도는 4×1019/㎤이고, 홀 효과 측정 장치를 이용하여 측정한 홀 농도는 1×1018/㎤였다. 이렇게 해서 얻어진 시료의 배향 알루미나 기판부를 지석에 의한 연삭 가공에 의해 제거하여, Mg 도핑 질화갈륨의 단일체를 얻었다. 이 Mg 도핑 질화갈륨 결정의 판면을 #600 및 #2000의 지석에 의해서 연삭하여 판면을 평탄하게 하고, 이어서 다이아몬드 지립을 이용한 래핑 가공에 의해 판면을 평활화하여, 약 150 ㎛ 두께의 Mg 도핑 질화갈륨 자립 기판을 얻었다. 한편, 평활화 가공에 있어서는, 지립의 사이즈를 3 ㎛부터 0.1 ㎛까지 단계적으로 작게 하면서 평탄성을 높였다. Mg 도핑 질화갈륨 자립 기판 표면의 가공 후의 평균 거칠기(Ra)는 0.2 nm였다. 한편, 예 1의 (3b)와 같은 방법으로 Mg 도핑 질화갈륨 자립 기판의 단면 평균 직경을 측정한 바, 단면 평균 직경은 약 100 ㎛였다. In the obtained sample, Mg-doped gallium nitride crystal was grown on the front surface of the 50.8 mm (2 inch) seed crystal substrate, and the thickness of the crystal was about 0.5 mm. Cracks were not identified. The Mg concentration of the obtained gallium nitride was 4 × 10 19 / cm 3, and the hole concentration measured using the Hall effect measuring device was 1 × 10 18 / cm 3. The aligned alumina substrate portion of the sample thus obtained was removed by grinding with a grinder to obtain a monolith of Mg-doped gallium nitride. The plate surface of the Mg-doped gallium nitride crystal was ground by a grinding wheel of # 600 and # 2000 to flatten the plate surface, followed by smoothing of the plate surface by lapping using diamond abrasive grains to form Mg-doped gallium nitride self- To obtain a substrate. On the other hand, in the smoothing processing, the size of the abrasive grains was gradually reduced from 3 mu m to 0.1 mu m while the flatness was increased. The average roughness (Ra) of the Mg-doped gallium nitride self-supporting substrate surface after processing was 0.2 nm. On the other hand, the cross-sectional average diameter of the Mg-doped gallium nitride self-supporting substrate was measured in the same manner as in Example 1 (3b), and the average cross-sectional diameter was about 100 탆.

(2) Mg 도핑 질화갈륨 자립 기판을 이용한 발광 소자의 제작(2) Fabrication of light emitting device using Mg-doped gallium nitride self-supporting substrate

(2a) MOCVD법에 의한 p형층의 성막 (2a) Deposition of p-type layer by MOCVD

MOCVD법을 이용하여, 기판 상에 p형층으로서 950℃에서 Mg 원자 농도가 1×1019/㎤이 되도록 도핑한 p-GaN을 200 nm 퇴적했다. 그 후, MOCVD 장치에서 꺼내어, p형층의 Mg 이온의 활성화 처리로서, 질소 분위기 속에서 800℃의 열처리를 10분 동안 실시했다. P-GaN doped so as to have a Mg atom concentration of 1 x 10 19 / cm 3 at 950 캜 was deposited as a p-type layer at 200 nm on the substrate by the MOCVD method. Thereafter, the film was taken out from the MOCVD apparatus and subjected to heat treatment at 800 캜 for 10 minutes in a nitrogen atmosphere as an activation treatment of Mg ions in the p-type layer.

(2b) RS-MBE법 및 수열법에 의한 n형층의 성막(2b) Formation of n-type layer by RS-MBE method and hydrothermal method

(2b-1) RS-MBE법에 의한 종결정층의 성막 (2b-1) Deposition of the seed crystal layer by the RS-MBE method

RS-MBE(라디칼 소스 분자선 성장) 장치로, 금속 재료인 아연(Zn)과 알루미늄(Al)을 크누센 셀로 조사하여, p형층 상에 공급했다. 가스 재료인 산소(O)는, RF 라디칼 발생 장치에 의해 각각 O2 가스를 원료로 하여 산소 라디칼로서 공급했다. 각종 원료의 순도는 Zn이 7 N, O2가 6 N인 것을 이용했다. 기판은 저항 가열 히터를 이용하여 700℃로 가열하여, 막 속의 Al 농도가 2×1018/㎤이 되고, Zn과 O 원자 농도의 비가 1대1이 되도록 각종 가스 소스의 플럭스를 제어하면서 두께 20 nm의 Al이 도핑된 n-ZnO로 이루어지는 종결정층을 성막했다. Zinc (Zn) and aluminum (Al), which are metal materials, were irradiated with a Krusen cell in an RS-MBE (radical source molecular beam growth) apparatus and supplied to the p-type layer. Oxygen (O), which is a gaseous material, was supplied as an oxygen radical by O 2 gas as a raw material by an RF radical generator. The purity of various raw materials was 7 N for Zn and 6 N for O 2 . The substrate was heated to 700 캜 using a resistance heating heater to control the flux of various gas sources so that the Al concentration in the film was 2 x 10 18 / cm 3 and the ratio of the concentration of Zn and O atoms was one to one. nm-thick Al-doped n-ZnO.

(2b-2) 수열법에 의한 n형층의 성막(2b-2) Deposition of n-type layer by hydrothermal method

질산아연을 순수 속에 0.1 M가 되도록 용해시켜 용액 A로 했다. 이어서 1 M의 암모니아수를 준비하여, 용액 B로 했다. 이어서 황산알루미늄을 순수 속에 0.1 M가 되도록 용해시켜 용액 C로 했다. 이들 용액을 용적비로, 용액 A:용액 B:용액 C=1:1:0.01이 되도록 혼합 및 교반하여, 육성용 수용액을 얻었다. Zinc nitrate was dissolved in pure water to a concentration of 0.1 M to obtain Solution A. Subsequently, 1 M ammonia water was prepared to prepare solution B. Subsequently, aluminum sulfate was dissolved in purified water so as to have a concentration of 0.1 M to obtain Solution C. These solutions were mixed and stirred in a volume ratio of A: solution B: solution C = 1: 1: 0.01 to obtain an aqueous solution for growing.

종결정층을 성막한 질화갈륨 자립 기판을 현수시켜 육성용 수용액 중 1 리터 속에 설치했다. 이어서, 방수 가공을 실시한 세라믹스제 히터와 마그네틱 스터러를 수용액 속에 설치하고, 오토크레이브에 넣어 270℃에서 3시간의 수열 처리를 하여, 종결정층 상에 ZnO층을 석출시켰다. ZnO층이 석출된 질화갈륨 자립 기판을 순수 세정한 후, 대기 속 500℃에서 어닐링 처리를 하여, 약 3 ㎛ 두께의 Al이 도핑된 n-ZnO층을 형성했다. 시료 속에 기공이나 크랙은 검출되지 않고, 테스터에 의해 ZnO층의 도전성이 확인되었다. 또한, 예 1의 (4a)와 같은 방법을 이용하여 발광 기능층의 단면 평균 직경을 평가한 결과, 발광 기능층의 최외측 표면에 있어서의 단결정 입자의 단면 평균 직경은 약 100 ㎛였다. A gallium nitride self-standing substrate on which a seed crystal layer was formed was suspended and placed in one liter of an aqueous solution for growth. Subsequently, a ceramic heater and a magnetic stirrer, which were subjected to waterproofing, were placed in an aqueous solution and hydrothermally treated at 270 ° C for 3 hours in an autoclave to deposit a ZnO layer on the seed crystal layer. The GaN self-supporting substrate on which the ZnO layer was deposited was cleaned and then annealed at 500 ° C in the atmosphere to form an Al-doped n-ZnO layer with a thickness of about 3 μm. No pores or cracks were detected in the sample, and the conductivity of the ZnO layer was confirmed by a tester. The cross-sectional average diameter of the light-emitting functional layer was evaluated using the same method as in Example 1 (4a). As a result, the cross-sectional average diameter of the single crystal particles on the outermost surface of the light-emitting functional layer was about 100 탆.

(2c) 발광 소자의 제작(2c) Fabrication of light emitting device

포토리소그래피 프로세스와 진공증착법을 이용하여, n형층에 캐소드 전극으로서 Ti/Al/Ni/Au막을 각각 15 nm, 70 nm, 12 nm, 60 nm의 두께로 패터닝했다. 캐소드 전극의 패턴은, 전극이 형성되어 있지 않은 부위에서 빛을 추출할 수 있도록 개구부를 갖는 형상으로 했다. 그 후, 오옴성 접촉 특성을 양호한 것으로 하기 위해서, 질소 분위기 속에서의 700℃의 열처리를 30초 동안 실시했다. 또한, 포토리소그래피 프로세스와 진공증착법을 이용하여, 질화갈륨 자립 기판의 p-GaN층 및 n-ZnO층과는 반대쪽의 면에 애노드 전극으로서, Ni/Au막을 각각 50 nm, 100 nm의 두께로 패터닝했다. 그 후, 오옴성 접촉 특성을 양호한 것으로 하기 위해서 질소 분위기 속에서 500℃의 열처리를 30초 동안 실시했다. 이렇게 해서 얻어진 웨이퍼를 절단하여 칩화하고, 또한 리드 프레임에 실장하여, 종형 구조의 발광 소자를 얻었다. Ti / Al / Ni / Au films as cathode electrodes were patterned to thicknesses of 15 nm, 70 nm, 12 nm, and 60 nm, respectively, in the n-type layer using a photolithography process and a vacuum deposition method. The pattern of the cathode electrode was formed into a shape having an opening so that light could be extracted from a portion where no electrode was formed. Thereafter, heat treatment at 700 占 폚 in a nitrogen atmosphere was performed for 30 seconds in order to make good ohmic contact characteristics. Further, a Ni / Au film was patterned as an anode electrode on the surface opposite to the p-GaN layer and the n-ZnO layer of the gallium nitride self-supporting substrate with a thickness of 50 nm and 100 nm, respectively, by using a photolithography process and a vacuum deposition process did. Thereafter, heat treatment at 500 占 폚 was carried out in a nitrogen atmosphere for 30 seconds in order to make good ohmic contact characteristics. The thus-obtained wafer was cut into chips, and mounted on a lead frame to obtain a vertical-structured light-emitting device.

(2d) 발광 소자의 평가(2d) Evaluation of light emitting device

캐소드 전극과 애노드 전극 사이에 통전하여, I-V 측정을 한 바, 정류성이 확인되었다. 또한, 순방향의 전류를 흘린 바, 약 380 nm 파장의 발광이 확인되었다. Electric current was applied between the cathode electrode and the anode electrode, and I-V measurement was carried out to confirm the rectifying property. Further, when a forward current was passed through, a light emission with a wavelength of about 380 nm was confirmed.

예 3Example 3

(1) Mg 도핑 질화갈륨 자립 기판을 이용한 발광 소자의 제작(1) Fabrication of light-emitting device using Mg-doped gallium nitride self-supporting substrate

(1a) RS-MBE법에 의한 활성층의 성막(1a) Deposition of the active layer by the RS-MBE method

예 2의 (1) 및 (2a)와 같은 방법으로 Mg 도핑 질화갈륨 자립 기판을 제작하여, 기판 상에 p형층으로서 p-GaN을 200 nm 퇴적했다. 이어서 RS-MBE(라디칼 소스 분자선 성장) 장치에서, 금속 재료인 아연(Zn), 카드뮴(Cd)을 크누센 셀로 조사하여, p형층 상에 공급했다. 가스 재료인 산소(O)는, RF 라디칼 발생 장치에 의해 각각 O2 가스를 원료로 하여 산소 라디칼로서 공급했다. 각종 원료의 순도는 Zn, Cd가 7 N, O2가 6 N인 것을 이용했다. 기판은 저항 가열 히터를 이용하여 700℃로 가열하고, Cd0.2Zn0.8O층이 되도록 각종 가스 소스의 플럭스를 제어하면서 두께 1.5 nm의 활성층을 성막했다. A Mg-doped gallium nitride self-supporting substrate was prepared in the same manner as in Example 2 (1) and (2a), and 200 nm of p-GaN was deposited as a p-type layer on the substrate. Next, zinc (Zn) and cadmium (Cd), which are metal materials, were irradiated with a Krusen cell in an RS-MBE (radical source molecular beam growth) apparatus and supplied to the p-type layer. Oxygen (O), which is a gaseous material, was supplied as an oxygen radical by O 2 gas as a raw material by an RF radical generator. The purity of various raw materials was such that Zn, Cd, and O 2 were 7 N and 6 N, respectively. The substrate was heated to 700 DEG C using a resistance heating heater to form an active layer having a thickness of 1.5 nm while controlling the flux of various gas sources so as to be a Cd 0.2 Zn 0.8 O layer.

(1b) 스퍼터링에 의한 n형층의 성막(1b) Deposition of n-type layer by sputtering

이어서 RF 마그네트론 스퍼터법을 이용하여, 활성층 상에 n형 ZnO층을 500 nm 성막했다. 성막에는 Al이 2 중량부 첨가된 ZnO 타겟을 사용하고, 성막 조건은 순 Ar 분위기, 압력 0.5 Pa, 투입 전력 150 W, 성막 시간 5분간으로 했다. 또한, 예 1의 (4a)와 같은 방법을 이용하여 발광 기능층의 단면 평균 직경을 평가한 결과, 발광 기능층의 판면의 평균 입경은 약 100 ㎛였다. Next, an n-type ZnO layer was formed to a thickness of 500 nm on the active layer by RF magnetron sputtering. A ZnO target to which Al was added in an amount of 2 parts by weight was used for the film formation, and the film forming conditions were pure Ar atmosphere, pressure of 0.5 Pa, input power of 150 W, and film forming time of 5 minutes. Further, the cross-sectional average diameter of the light-emitting functional layer was evaluated using the same method as in Example 1 (4a). As a result, the average particle size of the light-emitting functional layer was about 100 탆.

(1c) 발광 소자의 제작(1c) Fabrication of light emitting device

포토리소그래피 프로세스와 진공증착법을 이용하여, n형층에 캐소드 전극으로서 Ti/Al/Ni/Au막을 각각 15 nm, 70 nm, 12 nm, 60 nm의 두께로 패터닝했다. 캐소드 전극의 패턴은, 전극이 형성되어 있지 않은 부위에서 빛을 추출할 수 있도록 개구부를 갖는 형상으로 했다. 그 후, 오옴성 접촉 특성을 양호한 것으로 하기 위해서, 질소 분위기 속에서의 700℃의 열처리를 30초 동안 실시했다. 또한, 포토리소그래피 프로세스와 진공증착법을 이용하여, 질화갈륨 자립 기판의 p-GaN층 및 n-ZnO층과는 반대쪽의 면에 애노드 전극으로서, Ni/Au막을 각각 5 nm, 100 nm의 두께로 패터닝했다. 그 후, 오옴성 접촉 특성을 양호한 것으로 하기 위해서 질소 분위기 속에서 500℃의 열처리를 30초 동안 실시했다. 이렇게 해서 얻어진 웨이퍼를 절단하여 칩화하고, 또한 리드 프레임에 실장하여, 종형 구조의 발광 소자를 얻었다. Ti / Al / Ni / Au films as cathode electrodes were patterned to thicknesses of 15 nm, 70 nm, 12 nm, and 60 nm, respectively, in the n-type layer using a photolithography process and a vacuum deposition method. The pattern of the cathode electrode was formed into a shape having an opening so that light could be extracted from a portion where no electrode was formed. Thereafter, heat treatment at 700 占 폚 in a nitrogen atmosphere was performed for 30 seconds in order to make good ohmic contact characteristics. Further, a Ni / Au film was patterned as an anode electrode on the surface opposite to the p-GaN layer and the n-ZnO layer of the gallium nitride self-supporting substrate using a photolithography process and a vacuum deposition process to a thickness of 5 nm and 100 nm, respectively did. Thereafter, heat treatment at 500 占 폚 was carried out in a nitrogen atmosphere for 30 seconds in order to make good ohmic contact characteristics. The thus-obtained wafer was cut into chips, and mounted on a lead frame to obtain a vertical-structured light-emitting device.

(1d) 발광 소자의 평가(1d) Evaluation of light emitting device

캐소드 전극과 애노드 전극 사이에 통전하여, I-V 측정을 한 바, 정류성이 확인되었다. 또한, 순방향의 전류를 흘린 바, 약 400 nm 파장의 발광이 확인되었다. Electric current was applied between the cathode electrode and the anode electrode, and I-V measurement was carried out to confirm the rectifying property. Further, when a forward current was passed through, a light emission with a wavelength of about 400 nm was confirmed.

예 4Example 4

(1) c면 배향 알루미나 소결체의 제작(1) Fabrication of c-plane oriented alumina sintered body

예 1의 (1)과 같은 식으로 하여 원반형의 성형체를 얻었다. 얻어진 성형체를 탈지로 속에 배치하여, 600℃에서 10시간의 조건으로 탈지를 했다. 얻어진 탈지체를 흑연제의 형(型)을 이용하여, 핫프레스로 질소 속에 1700℃에서 4시간, 면압 200 kgf/㎠의 조건으로 소성했다. A disk-shaped molded article was obtained in the same manner as in (1) of Example 1. The obtained molded article was placed in a degreasing furnace and degreased under the conditions of 600 占 폚 for 10 hours. The obtained degreased body was fired in a hot press in nitrogen at 1700 占 폚 for 4 hours under a surface pressure of 200 kgf / cm2 using a graphite mold.

이와 같이 하여 얻은 소결체를 세라믹스의 정반에 고정하고, 지석을 이용하여 #2000까지 연삭하여 판면을 평탄하게 했다. 이어서, 다이아몬드 지립을 이용한 래핑 가공에 의해 판면을 평활화하여, 구경 50.8 mm(2 인치), 두께 1 mm의 배향 알루미나 소결체를 배향 알루미나 기판으로서 얻었다. 지립의 사이즈를 3 ㎛부터 0.5 ㎛까지 단계적으로 작게 하면서 평탄성을 높였다. 가공 후의 평균 거칠기(Ra)는 4 nm였다. 또한, 예 1과 같은 방법으로 c면 배향도와 판면의 평균 입경을 평가한 바, c면 배향도는 99%, 평균 입경은 18 ㎛였다. The sintered body thus obtained was fixed to a base plate of a ceramics, and the surface of the sintered body was flattened by grinding to # 2000 using a grinding stone. Subsequently, the plate surface was smoothed by lapping using diamond abrasive grains to obtain an oriented alumina sintered body having a diameter of 50.8 mm (2 inches) and a thickness of 1 mm as an oriented alumina substrate. The size of the abrasive grains was gradually reduced from 3 탆 to 0.5 탆, and the flatness was improved. The average roughness (Ra) after processing was 4 nm. The c-plane orientation degree and the average grain size of the plate were evaluated in the same manner as in Example 1, and the c-plane orientation degree was 99% and the average particle size was 18 占 퐉.

(2) Ge 도핑 질화갈륨 자립 기판의 제작(2) Fabrication of Ge-doped gallium nitride self-supporting substrate

예 1의 (3a)과 같은 식으로 하여 배향 알루미나 기판 위에 두께 3 ㎛의 GaN막을 적층시킨 종결정 기판을 제작했다. 이 종결정 기판 상에, 유지 시간을 20시간으로 한 것 이외에는 예 1의 (3b)와 같은 식으로 하여 Ge 도핑 GaN막을 성막했다. 얻어진 시료는, 50.8 mm(2 인치)의 종결정 기판의 전면 상에 Ge 도핑 질화갈륨 결정이 성장하였고, 결정의 두께는 약 0.2 mm였다. 크랙은 확인되지 않았다. A seed crystal substrate in which a 3 mu m-thick GaN film was laminated on an oriented alumina substrate was produced in the same manner as in (3a) of Example 1. A Ge-doped GaN film was formed on the seed crystal substrate in the same manner as in (3b) of Example 1, except that the holding time was 20 hours. In the obtained sample, Ge-doped gallium nitride crystal was grown on the front surface of the seed crystal substrate of 50.8 mm (2 inches), and the thickness of the crystal was about 0.2 mm. Cracks were not identified.

이렇게 해서 얻어진 시료의 Ge 도핑 질화갈륨 결정의 판면(표면)을 #600 및 #2000의 지석을 이용하여 질화갈륨 결정의 두께가 약 50 ㎛가 될 때까지 연삭하여 평탄하게 한 후, 다이아몬드 지립을 이용한 래핑 가공에 의해 판면을 평활화했다. 이어서, 시료를 절단하여 판면과 수직 방향의 면을 노출시키고, CP 연마기(니혼덴시가부시키가이샤 제조, IB-09010CP)를 이용하여 연마한 후, 전자선 후방 산란 회절 장치(EBSD)(TSL 솔루션즈 제조)로 질화갈륨 결정의 단면의 역극점도 방위 맵핑을 실시했다. 도 2에 역극점도 방위 맵핑을 도시한다. 또한, 도 3에 질화갈륨 결정의 판면(표면)에서 측정한 역극점도 방위 맵핑을, 도 4에 배향 알루미나 기판과 질화갈륨 결정과의 계면을 확대한 결정립 맵핑상을 도시한다. 도 2로부터, 질화갈륨 결정은 배향 알루미나 기판측보다 표면측(배향 알루미나 기판과 반대쪽) 쪽이 입경이 크고, 질화갈륨 결정의 형상은 단면상으로 봤을 때, 사다리꼴, 삼각형 등, 완전한 주상이 아닌 것을 알 수 있다. 또한, 후막화에 동반하여 입경이 증대하여 표면까지 성장이 진행하는 입자와, 표면까지 성장이 진행하지 않는 입자가 존재하는 것을 알 수 있다. 도 3으로부터, 질화갈륨 결정을 구성하는 각 입자는 대략 c면이 법선 방향으로 배향된 것이 드러난다. 또한, 도 4로부터, 하지가 되는 배향 알루미나 기판을 구성하는 결정 입자를 기점으로 하여 질화갈륨 결정의 입자가 성장하였음을 알 수 있다. 후막화에 동반하여 입경이 증대하는 성장 거동으로 되는 원인은 분명하지 않지만, 도 5에 개념적으로 도시하는 것과 같이, 성장이 느린 입자를 성장이 빠른 입자가 덮는 식으로 성장이 진행하였기 때문이 아닌가라고 생각된다. 따라서, 질화갈륨 결정을 구성하는 질화갈륨 입자 중, 표면측에 노출되어 있는 입자는 이면과 입계를 통하지 않고서 연통되어 있지만, 이면측에 노출된 입자의 일부는 도중에 성장이 정지한 것도 포함된다. The surface (surface) of the Ge-doped gallium nitride crystal of the thus-obtained sample was ground using a grinding wheel of # 600 and # 2000 until the thickness of the gallium nitride crystal became about 50 占 퐉 and flattened. Then, The plate surface was smoothed by lapping. Subsequently, the sample was cut to expose the surface in the direction perpendicular to the surface of the substrate, and polished using a CP grinder (IB-09010CP manufactured by Nihon Denshikushi Co., Ltd.), and then subjected to an electron beam backscattering diffraction apparatus (EBSD) ), Reverse mapping of the cross-section of the cross section of the gallium nitride crystal was performed. Figure 2 shows the reverse pole point bearing mapping. In addition, FIG. 3 shows the mapping of the reverse polarity point orientation measured on the plate surface (surface) of the gallium nitride crystal, and FIG. 4 shows the crystal mapping image obtained by enlarging the interface between the oriented alumina substrate and the gallium nitride crystal. 2, the gallium nitride crystal has a larger particle diameter on the surface side (opposite to the oriented alumina substrate) than the oriented alumina substrate side, and the gallium nitride crystal has a shape that is not a complete columnar phase such as a trapezoid or a triangle . In addition, it can be seen that, along with the thickening, the particle size is increased, and the particles whose growth progresses to the surface and the particles whose growth does not proceed to the surface exist. From Fig. 3, it can be seen that each particle constituting the gallium nitride crystal is oriented in the normal direction approximately at the c-plane. It can also be seen from Fig. 4 that the grain of the gallium nitride crystal grows from the crystal grains forming the underlying alumina substrate as the base. It is not clear why the growth behavior accompanied by the increase in the particle diameter is accompanied by the thickening, but as shown in Fig. 5, it is because the growth proceeds in such a manner that particles with a slow growth cover the particles with a slow growth I think. Therefore, among the gallium nitride particles constituting the gallium nitride crystal, the particles exposed on the front surface side communicate with the back surface without passing through the grain boundary, but a part of the particles exposed on the back surface side also includes the growth stopped on the way.

이어서, 시료의 배향 알루미나 기판부를 지석에 의한 연삭 가공에 의해 제거하여, Ge 도핑 질화갈륨의 단일체를 얻었다. 이 Ge 도핑 질화갈륨 결정의 이면(배향 알루미나 기판과 접하고 있었던 쪽의 면)에 다이아몬드 지립에 의한 래핑 가공을 실시하여, 판 표면(배향 알루미나 기판과 접하고 있었던 쪽과 반대쪽)과 이면(배향 알루미나 기판과 접하고 있었던 쪽의 면)을 평활화한 질화갈륨 자립 기판을 얻었다. 질화갈륨 자립 기판의 표면 및 이면의 가공 후의 평균 거칠기(Ra)는 0.2 nm였다. Subsequently, the aligned alumina substrate portion of the sample was removed by grinding with a grinding stone to obtain a single piece of Ge-doped gallium nitride. The surface of the Ge-doped gallium nitride crystal was subjected to lapping by diamond abrasive grains on the back surface (the side on which the oriented alumina substrate was in contact), and the back surface (opposite side to the side contacting the oriented alumina substrate) The surface on the side where it was tangent) was smoothed to obtain a GaN self-supporting substrate. The average roughness (Ra) of the front and back surfaces of the GaN self-supporting substrate after processing was 0.2 nm.

예 1의 (3)과 같은 방법으로 체적 저항율을 측정한 바, 체적 저항율은 1×10-2 Ω·cm였다. 또한, 질화갈륨 자립 기판의 표면과 이면에 있어서의 GaN 단결정 입자의 단면 평균 직경을 예 1의 (3)과 같은 방법을 이용하여 측정한 결과, 표면의 단면 평균 직경은 약 50 ㎛, 이면의 단면 평균 직경은 약 18 ㎛였다. 이와 같이 단면 평균 직경은 표면 쪽이 이면보다도 크고, 기판 이면의 단면 평균 직경 DB에 대한 기판 표면의 단면 평균 직경 DT의 비(DT/DB)는 약 2.8이 되었다. 또한, 표면의 단면 평균 직경에 대한 GaN 결정의 두께의 비로서 산출되는 GaN 단결정 입자의 애스펙트비는 약 1.0이었다. The volume resistivity was measured by the same method as in Example 1 (3), and the volume resistivity was 1 x 10 < -2 > The average cross-sectional average diameter of the GaN single crystal grains on the front and back surfaces of the gallium nitride self-supporting substrate was measured by the same method as in Example 1 (3). As a result, the average cross-sectional surface diameter was about 50 탆, The average diameter was about 18 탆. As described above, the cross-sectional average diameter is larger on the surface side than on the back surface, and the ratio (D T / D B ) of the cross-sectional average diameter D T of the substrate surface to the cross-sectional average diameter D B on the back surface of the substrate is about 2.8. The aspect ratio of the GaN single crystal grain calculated as the ratio of the thickness of the GaN crystal to the cross-sectional average diameter of the surface was about 1.0.

(3) Ge 도핑 질화갈륨 자립 기판을 이용한 발광 소자의 제작(3) Fabrication of light-emitting device using Ge-doped gallium nitride self-supporting substrate

예 1의 (4a)와 같은 식으로 질화갈륨 자립 기판 상에 발광 기능층을 제작하여, 최외측 표면에 있어서의 단결정 입자의 단면 평균 직경을 측정한 바, 단면 평균 직경은 약 50 ㎛였다. 또한 예 1의 (4b)와 같은 식으로 종형의 발광 소자를 제작한 결과, 캐소드 전극과 애노드 전극 사이의 I-V 측정에 의해 정류성이 확인되고, 순방향의 통전에 의해 파장 450 nm의 발광이 확인되었다. The light-emitting functional layer was fabricated on the gallium nitride self-supporting substrate in the same manner as in Example 1 (4a), and the average cross-sectional average diameter of the single crystal particles on the outermost surface was measured. Further, as a result of producing a vertical-type light-emitting device in the same manner as in Example 1 (4b), rectification property was confirmed by IV measurement between the cathode electrode and the anode electrode, and light emission with a wavelength of 450 nm was confirmed by forward energization .

참고를 위해, 전술한 (1) 및 (2)와 같은 식으로 제작한 질화갈륨 자립 기판의 표면측을 연삭하여, 두께 20 ㎛으로 한 자립 기판도 준비했다. 이 때의 최외측 표면에 있어서의 단결정 입자의 단면 평균 직경은 약 35 ㎛이고, 기판 이면의 단면 평균 직경 DB에 대한 기판 표면의 단면 평균 직경 DT의 비(DT/DB)는 1.9, 애스펙트비는 약 0.6이었다. 이 자립 배향 GaN 결정 위에 상기와 같은 발광 기능층을 제작하여, 종형의 발광 소자로 한 후에 순방향으로 전류를 흘린 바, 정류성, 파장 450 nm의 발광이 함께 확인되고, 발광 휘도도 어느 정도 높았지만, 상기한 소자보다 발광 휘도는 저하했다. For reference, the surface of the gallium nitride self-supporting substrate prepared in the manner of the above-mentioned (1) and (2) was ground to prepare a self-supporting substrate having a thickness of 20 탆. The ratio of the cross-sectional average diameter D T of the substrate surface to the cross-sectional average diameter D B of the back surface of the substrate (D T / D B ) was 1.9 , And the aspect ratio was about 0.6. The above-described light-emitting functional layer was fabricated on the self-orientated oriented GaN crystal, and the current was forwarded in the forward direction after the vertical light-emitting device was turned on. As a result, rectification property and light emission with a wavelength of 450 nm were confirmed, , The luminescence brightness was lower than that of the above-described device.

예 5Example 5

(1) c면 배향 알루미나 소결체의 제작(1) Fabrication of c-plane oriented alumina sintered body

원료로서, 판상 알루미나 분말(킨세이마테크가부시키가이샤 제조, 등급02025), 미세 알루미나 분말(다이메이가가쿠고교가부시키가이샤 제조, 등급 TM-DAR), 및 산화마그네슘 분말(우베마테리알즈가부시키가이샤, 등급 500A)을 준비하고, 판상 알루미나 분말 5 중량부, 미세 알루미나 분말 95 중량부, 산화마그네슘 분말 0.025 중량부를 혼합하여 알루미나 원료를 얻었다. 이어서, 알루미나 원료 100 중량부에 대하여, 바인더(폴리비닐부티랄: 품번 BM-2, 세키스이가가쿠고교가부시키가이샤 제조) 8 중량부와, 가소제(DOP: 디(2-에틸헥실)프탈레이트, 구로가네가세이가부시키가이샤 제조) 4 중량부와, 분산제(레오도르 SP-O30, 가오가부시키가이샤 제조) 2 중량부와, 분산매(크실렌과 1-부탄올을 중량비 1:1로 혼합한 것)를 혼합했다. 분산매의 양은, 슬러리 점도가 20000 cP가 되도록 조정했다. 상기한 바와 같이 하여 조제된 슬러리를, 닥터블레이드법에 의해서, PET 필름 위에, 건조 후의 두께가 100 ㎛가 되도록 시트형으로 성형했다. 얻어진 테이프를 구경 50.8 mm(2 인치)의 원형으로 절단한 후 30장 적층하여, 두께 10 mm의 Al판 위에 배치한 후, 진공 팩을 행했다. 이 진공 팩을 85℃의 온수 속에서, 100 kgf/㎠의 압력으로 정수압 프레스를 실시하여, 원반형의 성형체를 얻었다. As a raw material, a plate-like alumina powder (grade 02025, manufactured by Kinesei Tech Co., Ltd.), fine alumina powder (grade TM-DAR, manufactured by Daimei Kagaku Kogyo K.K.) and magnesium oxide powder (Ube Material Co., Ltd.), 5 parts by weight of the flaky alumina powder, 95 parts by weight of the fine alumina powder and 0.025 part by weight of the magnesium oxide powder were mixed to obtain alumina raw material. Subsequently, 8 parts by weight of a binder (polyvinyl butyral: part number BM-2, manufactured by Sekisui Chemical Co., Ltd.), 8 parts by weight of a plasticizer (DOP: di (2-ethylhexyl) phthalate , 4 parts by weight of a dispersing agent (LEODOR SP-O30, manufactured by Kao Corporation), 2 parts by weight of a dispersion medium (xylene and 1-butanol in a weight ratio of 1: 1 Were mixed. The amount of the dispersion medium was adjusted so that the slurry viscosity became 20000 cP. The slurry prepared as described above was formed into a sheet form on a PET film by a doctor blade method so as to have a thickness of 100 mu m after drying. The resulting tape was cut into a circular shape with a diameter of 50.8 mm (2 inches), and then 30 sheets were stacked and placed on an Al plate having a thickness of 10 mm, followed by vacuum packing. This vacuum pack was subjected to hydrostatic pressing at a pressure of 100 kgf / cm < 2 > in warm water at 85 DEG C to obtain a disk-shaped molded article.

얻어진 성형체를 탈지로 속에 배치하여, 600℃에서 10시간의 조건으로 탈지를 했다. 얻어진 탈지체를 흑연제의 형(型)을 이용하여, 핫프레스로 질소 속에 1800℃에서 4시간, 면압 200 kgf/㎠의 조건으로 소성했다. The obtained molded article was placed in a degreasing furnace and degreased under the conditions of 600 占 폚 for 10 hours. The obtained degreased product was fired in a hot press in nitrogen at 1800 占 폚 for 4 hours under a surface pressure of 200 kgf / cm2 using a graphite mold.

이와 같이 하여 얻은 소결체를 세라믹스의 정반에 고정하고, 지석을 이용하여 #2000까지 연삭하여 판면을 평탄하게 했다. 이어서, 다이아몬드 지립을 이용한 래핑 가공에 의해 판면을 평활화하여, 구경 50.8 mm(2 인치), 두께 1 mm의 배향 알루미나 소결체를 배향 알루미나 기판으로서 얻었다. 지립의 사이즈를 3 ㎛부터 0.5 ㎛까지 단계적으로 작게 하면서 평탄성을 높였다. 가공 후의 평균 거칠기(Ra)는 4 nm였다. 또한, 예 1과 같은 방법으로 c면 배향도와 판면의 평균 입경을 평가한 바, c면 배향도는 96%, 평균 입경은 약 20 ㎛였다. The sintered body thus obtained was fixed to a base plate of a ceramics, and the surface of the sintered body was flattened by grinding to # 2000 using a grinding stone. Subsequently, the plate surface was smoothed by lapping using diamond abrasive grains to obtain an oriented alumina sintered body having a diameter of 50.8 mm (2 inches) and a thickness of 1 mm as an oriented alumina substrate. The size of the abrasive grains was gradually reduced from 3 탆 to 0.5 탆, and the flatness was improved. The average roughness (Ra) after processing was 4 nm. The c-plane orientation degree and the average particle size of the plate were evaluated in the same manner as in Example 1, and the degree of c-plane orientation was 96% and the average particle size was about 20 占 퐉.

(2) Ge 도핑 질화갈륨 자립 기판의 제작(2) Fabrication of Ge-doped gallium nitride self-supporting substrate

예 1의 (3a)와 같은 식으로 배향 알루미나 기판 위에 두께 3 ㎛의 GaN막을 적층시킨 종결정 기판을 제작했다. 이 종결정 기판 상에, 유지 시간을 30시간으로 한 것 이외에는 예 1의 (3b)와 같은 식으로 하여 Ge 도핑 GaN막을 성막했다. 얻어진 시료는, 50.8 mm(2 인치)의 종결정 기판의 전면 상에 Ge 도핑 질화갈륨 결정이 성장하였고, 결정의 두께는 약 0.3 mm였다. 크랙은 확인되지 않았다. A seed crystal substrate in which a GaN film having a thickness of 3 탆 was laminated on an oriented alumina substrate was produced in the same manner as in (3a) of Example 1. A Ge-doped GaN film was formed on the seed crystal substrate in the same manner as in Example 1 (3b) except that the holding time was 30 hours. In the obtained sample, Ge-doped gallium nitride crystal was grown on the front surface of the seed crystal substrate of 50.8 mm (2 inches), and the thickness of the crystal was about 0.3 mm. Cracks were not identified.

이렇게 해서 얻어진 시료의 Ge 도핑 질화갈륨 결정의 판면(표면)을 #600 및 #2000의 지석을 이용하여 질화갈륨 결정의 두께가 약 180 ㎛가 될 때까지 연삭하여 평탄하게 한 후, 다이아몬드 지립을 이용한 래핑 가공에 의해 판면을 평활화했다. 이어서, 시료를 절단하여 판면과 수직 방향의 면을 노출시키고, CP 연마기(니혼덴시가부시키가이샤 제조, IB-09010CP)를 이용하여 연마한 후, 전자선 후방 산란 회절 장치(EBSD)(TSL 솔루션즈 제조)로 질화갈륨 결정의 단면의 역극점도 방위 맵핑을 실시했다. 도 6에 역극점도 방위 맵핑을 도시한다. 도 6으로부터, 질화갈륨 결정은 배향 알루미나 기판측보다 표면측(배향 알루미나 기판과 반대쪽) 쪽이 입경이 크고, 질화갈륨 결정의 형상은 단면상으로 봤을 때, 사다리꼴, 삼각형 등, 완전한 주상이 아닌 것을 알 수 있다. 또한, 후막화에 동반하여 입경이 증대하여 표면까지 성장이 진행하는 입자와, 표면까지 성장이 진행하지 않는 입자가 존재하는 것을 알 수 있다. 이러한 거동으로 되는 원인은 분명하지 않지만, 도 5에 도시하는 것과 같이 성장이 느린 입자를 성장이 빠른 입자가 덮는 식으로 성장이 진행한 결과라고 생각된다. 따라서, 질화갈륨 결정을 구성하는 질화갈륨 입자 중, 표면측에 노출되어 있는 입자는 이면과 입계를 통하지 않고서 연통되어 있지만, 이면측에 노출된 입자의 일부는 도중에 성장이 정지한 것도 포함된다. The surface (surface) of the Ge-doped gallium nitride crystal of the sample thus obtained was ground using a grinding wheel of # 600 and # 2000 until the thickness of the gallium nitride crystal became about 180 탆 and made flat. Then, The plate surface was smoothed by lapping. Subsequently, the sample was cut to expose the surface in the direction perpendicular to the surface of the substrate, and polished using a CP grinder (IB-09010CP manufactured by Nihon Denshikushi Co., Ltd.), and then subjected to an electron beam backscattering diffraction apparatus (EBSD) ), Reverse mapping of the cross-section of the cross section of the gallium nitride crystal was performed. Figure 6 shows the reverse pole mapping. 6, it can be seen that the gallium nitride crystal has a larger particle diameter on the surface side (opposite to the oriented alumina substrate) than the oriented alumina substrate side, and the gallium nitride crystal has a trapezoidal, triangular, . In addition, it can be seen that, along with the thickening, the particle size is increased, and the particles whose growth progresses to the surface and the particles whose growth does not proceed to the surface exist. The cause of such a behavior is not clear, but it is thought that as shown in Fig. 5, the growth is progressed in such a manner that particles with a slow growth cover particles with a fast growth. Therefore, among the gallium nitride particles constituting the gallium nitride crystal, the particles exposed on the front surface side communicate with the back surface without passing through the grain boundary, but a part of the particles exposed on the back surface side also includes the growth stopped on the way.

이어서, 시료의 배향 알루미나 기판부를 지석에 의한 연삭 가공에 의해 제거하여, Ge 도핑 질화갈륨의 단일체를 얻었다. 이 Ge 도핑 질화갈륨 결정의 이면(배향 알루미나 기판과 접하고 있었던 쪽의 면)을 다이아몬드 지립에 의한 래핑 가공을 하여, 판 표면(배향 알루미나 기판과 접하고 있었던 쪽과 반대쪽)과 이면(배향 알루미나 기판과 접하고 있었던 쪽의 면)을 평활화한 약 180 ㎛ 두께의 질화갈륨 자립 기판을 얻었다. 질화갈륨 자립 기판의 표면 및 이면의 가공 후의 평균 거칠기(Ra)는 0.2 nm였다. Subsequently, the aligned alumina substrate portion of the sample was removed by grinding with a grinding stone to obtain a single piece of Ge-doped gallium nitride. The back surface of the Ge-doped gallium nitride crystal (the side facing the oriented alumina substrate) was subjected to lapping by diamond abrasive grains to form a GaN-doped GaN crystal layer on the back surface (opposite to the side in contact with the oriented alumina substrate) And the surface of the GaN substrate was flattened to obtain a 180 mu m thick gallium nitride free-standing substrate. The average roughness (Ra) of the front and back surfaces of the GaN self-supporting substrate after processing was 0.2 nm.

예 1의 (3)과 같은 방법으로 체적 저항율을 측정한 바, 체적 저항율은 1×10-2 Ω·cm였다. 또한, 질화갈륨 자립 기판의 표면과 이면에 있어서의 GaN 단결정 입자의 단면 평균 직경을 예 1의 (3)과 같은 방법을 이용하여 측정한 결과, 표면의 단면 평균 직경은 약 150 ㎛, 이면의 단면 평균 직경은 약 20 ㎛였다. 이와 같이 단면 평균 직경은 표면 쪽이 이면보다도 크고, 기판 이면의 단면 평균 직경 DB에 대한 기판 표면의 단면 평균 직경 DT의 비(DT/DB)는 약 7.5가 되었다. 또한, 표면의 단면 평균 직경에 대한 GaN 결정의 두께의 비로서 산출되는 GaN 단결정 입자의 애스펙트비는 약 1.2였다. The volume resistivity was measured by the same method as in Example 1 (3), and the volume resistivity was 1 x 10 < -2 > The average cross-sectional average diameter of the GaN single crystal grains on the front and back surfaces of the gallium nitride self-supporting substrate was measured by the same method as in Example 1 (3). As a result, the cross-sectional average diameter of the surface was about 150 탆, The average diameter was about 20 탆. Thus the average cross-sectional diameter of the back surface side than the ratio (D T / D B) of large, average diameter of cross-section of the substrate surface for a cross-sectional average diameter D B of the back board D T was about 7.5. The aspect ratio of the GaN single crystal particles calculated as the ratio of the thickness of the GaN crystal to the average cross-sectional surface diameter of the surface was about 1.2.

(3) Ge 도핑 질화갈륨 자립 기판을 이용한 발광 소자의 제작(3) Fabrication of light-emitting device using Ge-doped gallium nitride self-supporting substrate

예1의 (4a)와 같은 식으로 질화갈륨 자립 기판 상에 발광 기능층을 제작하여, 최외측 표면에 있어서의 단결정 입자의 단면 평균 직경을 측정한 바, 단면 평균 직경은 약 150 ㎛였다. 또한 예 1의 (4b)와 같은 식으로 종형의 발광 소자를 제작한 결과, 캐소드 전극과 애노드 전극 사이의 I-V 측정에 의해 정류성이 확인되고, 순방향의 통전에 의해 파장 450 nm의 발광이 확인되었다. The light-emitting functional layer was fabricated on the gallium nitride self-supporting substrate in the same manner as in Example 1 (4a), and the average cross-sectional average diameter of the single crystal grain on the outermost surface was measured. Further, as a result of producing a vertical-type light-emitting device in the same manner as in Example 1 (4b), rectification property was confirmed by IV measurement between the cathode electrode and the anode electrode, and light emission with a wavelength of 450 nm was confirmed by forward energization .

참고를 위해, 상기 (1) 및 (2)와 같은 식으로 제작한 질화갈륨 자립 기판의 표면측을 연삭하여, 두께 50 ㎛로 한 자립 기판과, 두께 20 ㎛로 한 자립 기판을 준비했다. 두께 50 ㎛의 자립 기판의 최외측 표면에 있어서의 단결정 입자의 단면 평균 직경은 약 63 ㎛이고, 기판 이면의 단면 평균 직경 DB에 대한 기판 표면의 단면 평균 직경 DT의 비(DT/DB)는 3.2, 애스펙트비는 약 0.8이었다. 이 자립 배향 GaN 결정 위에 상기와 같은 발광 기능층을 제작하여, 종형의 발광 소자로 한 후에 순방향으로 전류를 흘린 바, 정류성, 파장 450 nm의 발광이 함께 확인되고, 발광 휘도도 어느 정도 높았지만, 상기한 소자보다 발광 휘도가 저하했다. 두께 20 ㎛의 자립 기판의 최외측 표면에 있어서의 단결정 입자의 단면 평균 직경은 약 39 ㎛이고, 기판 이면의 단면 평균 직경 DB에 대한 기판 표면의 단면 평균 직경 DT의 비(DT/DB)는 2.0, 애스펙트비는 약 0.5였다. 이 자립 배향 GaN 결정 위에 상기와 같은 발광 기능층을 제작하여, 종형의 발광 소자로 한 후에 순방향으로 전류를 흘린 바, 정류성, 파장 450 nm의 발광이 함께 확인되고, 발광 휘도도 어느 정도 높았지만, 상기 2개의 소자보다 더 발광 휘도가 저하했다. For reference, the surface of the gallium nitride self-supporting substrate prepared in the manner of (1) and (2) above was ground to prepare a self-supporting substrate having a thickness of 50 탆 and a self-supporting substrate having a thickness of 20 탆. Cross-sectional average diameter of the single crystal grain in the outermost surface of the self-standing substrate having a thickness of 50 ㎛ is about 63 ㎛, ratio (D T / D of the cross-sectional average diameter D T of the substrate surface to the cross-sectional average diameter D B of the substrate back surface B ) was 3.2, and the aspect ratio was about 0.8. The above-described light-emitting functional layer was fabricated on the self-orientated oriented GaN crystal, and the current was forwarded in the forward direction after the vertical light-emitting device was turned on. As a result, rectification property and light emission with a wavelength of 450 nm were confirmed, , The luminescence brightness was lower than that of the above-mentioned device. Cross-sectional average diameter of the single crystal grain in the outermost surface of the self-standing substrate having a thickness of 20 ㎛ is about 39 ㎛, ratio (D T / D of the cross-sectional average diameter D T of the substrate surface to the cross-sectional average diameter D B of the substrate back surface B ) was 2.0, and the aspect ratio was about 0.5. The above-described light-emitting functional layer was fabricated on the self-orientated oriented GaN crystal, and the current was forwarded in the forward direction after the vertical light-emitting device was turned on. As a result, rectification property and light emission with a wavelength of 450 nm were confirmed, , The luminescence brightness was lower than that of the two devices.

예 6Example 6

(1) Ge 도핑 질화갈륨 자립 기판의 제작(1) Fabrication of Ge-doped gallium nitride self-supporting substrate

예 5와 같은 식으로 c면 배향 알루미나 기판을 제작하여, 두께 3 ㎛의 GaN막을 적층시킨 종결정 기판을 제작했다. 이 종결정 기판 상에, 유지 시간을 40시간으로 한 것 이외에는 예 1의 (3b)와 같은 식으로 하여 Ge 도핑 GaN막을 성막했다. 얻어진 시료는, 50.8 mm(2 인치)의 종결정 기판의 전면 상에 Ge 도핑 질화갈륨 결정이 성장하였고, 결정의 두께는 약 0.4 mm였다. 크랙은 확인되지 않았다. A c-plane oriented alumina substrate was prepared in the same manner as in Example 5, and a seed crystal substrate in which a GaN film having a thickness of 3 탆 was laminated was produced. A Ge-doped GaN film was formed on the seed crystal substrate in the same manner as in (3b) of Example 1, except that the holding time was 40 hours. In the obtained sample, Ge-doped gallium nitride crystal was grown on the front surface of a 50.8 mm (2 inch) seed crystal substrate, and the thickness of the crystal was about 0.4 mm. Cracks were not identified.

이렇게 해서 얻어진 시료의 Ge 도핑 질화갈륨 결정의 판면(표면)을 #600 및 #2000의 지석을 이용하여 질화갈륨 결정의 두께가 약 260 ㎛가 될 때까지 연삭하여 평탄하게 한 후, 다이아몬드 지립을 이용한 래핑 가공에 의해 판면을 평활화했다. 이어서, 예 4 및 5와 같은 방법을 이용하여 질화갈륨 결정의 단면의 역극점도 방위 맵핑을 실시한 바, 질화갈륨 결정은 배향 알루미나 기판측보다 표면측(배향 알루미나 기판과 반대쪽) 쪽이 입경이 크고, 질화갈륨 결정의 형상은 단면상으로 봤을 때, 사다리꼴, 삼각형 등, 완전한 주상이 아닌 것을 알 수 있었다. 또한, 후막화에 동반하여 입경이 증대하여 표면까지 성장이 진행하는 입자와, 표면까지 성장이 진행하지 않는 입자가 존재하는 것을 알 수 있었다. 이러한 거동으로 되는 원인은 분명하지 않지만, 도 5에 도시하는 것과 같이 성장이 느린 입자를 성장이 빠른 입자가 덮는 식으로 성장이 진행한 결과라고 생각된다. 따라서, 질화갈륨 결정을 구성하는 질화갈륨 입자 중, 표면측에 노출되어 있는 입자는 이면과 입계를 통하지 않고서 연통되어 있지만, 이면측에 노출된 입자의 일부는 도중에 성장이 정지한 것도 포함된다. The surface (surface) of the Ge-doped gallium nitride crystal of the sample thus obtained was ground using a grinding wheel of # 600 and # 2000 until the thickness of the gallium nitride crystal became about 260 占 퐉 and flattened. Then, The plate surface was smoothed by lapping. Next, the reverse mapping of the cross-section of the cross section of the gallium nitride crystal was carried out by the same method as in Examples 4 and 5, and the gallium nitride crystal had a larger diameter on the surface side (opposite to the oriented alumina substrate) side than the oriented alumina substrate side , And the shape of the gallium nitride crystal was not a complete columnar shape such as a trapezoid, a triangle, or the like when viewed in cross section. In addition, it was found that there were particles in which the growth progressed to the surface and particles in which the growth did not proceed to the surface, accompanied by increase in particle diameter accompanied with thickening. The cause of such a behavior is not clear, but it is thought that as shown in Fig. 5, the growth is progressed in such a manner that particles with a slow growth cover particles with a fast growth. Therefore, among the gallium nitride particles constituting the gallium nitride crystal, the particles exposed on the front surface side communicate with the back surface without passing through the grain boundary, but a part of the particles exposed on the back surface side also includes the growth stopped on the way.

이어서, 시료의 배향 알루미나 기판부를 지석에 의한 연삭 가공에 의해 제거하여, Ge 도핑 질화갈륨의 단일체를 얻었다. 이 Ge 도핑 질화갈륨 결정의 이면(배향 알루미나 기판과 접하고 있었던 쪽의 면)을 다이아몬드 지립에 의한 래핑 가공을 실시하여, 판 표면(배향 알루미나 기판과 접하고 있었던 쪽과 반대쪽)과 이면(배향 알루미나 기판과 접하고 있었던 쪽의 면)을 평활화한 약 260 ㎛ 두께의 질화갈륨 자립 기판을 얻었다. 질화갈륨 자립 기판의 표면 및 이면의 가공 후의 평균 거칠기(Ra)는 0.2 nm였다. Subsequently, the aligned alumina substrate portion of the sample was removed by grinding with a grinding stone to obtain a single piece of Ge-doped gallium nitride. The back surface of the Ge-doped gallium nitride crystal (the side facing the oriented alumina substrate) was subjected to a lapping process by diamond abrasive grains to form a laminate of the plate surface (opposite to the side contacting the oriented alumina substrate) The side of the side on which the GaN contacted) was smoothed to obtain a GaN self-supporting substrate having a thickness of about 260 mu m. The average roughness (Ra) of the front and back surfaces of the GaN self-supporting substrate after processing was 0.2 nm.

예 1의 (3)과 같은 방법으로 체적 저항율을 측정한 바, 체적 저항율은 1×10-2 Ω·cm였다. 또한, 질화갈륨 자립 기판의 표면과 이면에 있어서의 GaN 단결정 입자의 단면 평균 직경을 예 1의 (3)과 같은 방법을 이용하여 측정한 결과, 표면의 단면 평균 직경은 약 220 ㎛, 이면의 단면 평균 직경은 약 20 ㎛였다. 이와 같이 단면 평균 직경은 표면 쪽이 이면보다도 크고, 기판 이면의 단면 평균 직경 DB에 대한 기판 표면의 단면 평균 직경 DT의 비(DT/DB)는 약 11.0이 되었다. 또한, 표면의 단면 평균 직경에 대한 GaN 결정의 두께의 비로서 산출되는 GaN 단결정 입자의 애스펙트비는 약 1.2였다. The volume resistivity was measured by the same method as in Example 1 (3), and the volume resistivity was 1 x 10 < -2 > The average cross-sectional average diameter of the GaN single crystal grains on the front and back surfaces of the gallium nitride self-supporting substrate was measured by the same method as in Example 1 (3). As a result, the average cross-sectional surface diameter was about 220 탆, The average diameter was about 20 탆. Thus the average cross-sectional diameter of the surface side non-(D T / D B) of the average cross-section than the diameter D T of the substrate surface to the cross-sectional average diameter D B of the large and, if the substrate is was about 11.0. The aspect ratio of the GaN single crystal particles calculated as the ratio of the thickness of the GaN crystal to the average cross-sectional surface diameter of the surface was about 1.2.

(2) Ge 도핑 질화갈륨 자립 기판을 이용한 발광 소자의 제작(2) Fabrication of light-emitting device using Ge-doped gallium nitride self-supporting substrate

예 1의 (4a)와 같은 식으로 질화갈륨 자립 기판 상에 발광 기능층을 제작하여, 최외측 표면에 있어서의 단결정 입자의 단면 평균 직경을 측정한 바, 단면 평균 직경은 약 220 ㎛였다. 또한 예 1의 (4b)와 같은 식으로 종형의 발광 소자를 제작한 결과, 캐소드 전극과 애노드 전극 사이의 I-V 측정에 의해 정류성이 확인되고, 순방향의 통전에 의해 파장 450 nm의 발광이 확인되었다. 발광 휘도는 어느 정도 높았지만, 예 5의 소자보다 낮은 것을 알 수 있었다. The light-emitting functional layer was fabricated on the gallium nitride self-supporting substrate in the same manner as in Example 1 (4a), and the average cross-sectional average diameter of the single crystal grain on the outermost surface was measured. Further, as a result of producing a vertical-type light-emitting device in the same manner as in Example 1 (4b), rectification property was confirmed by IV measurement between the cathode electrode and the anode electrode, and light emission with a wavelength of 450 nm was confirmed by forward energization . It was found that the luminescence brightness was somewhat higher but lower than that of Example 5.

예 7Example 7

(1) c면 배향 알루미나 소결체의 제작(1) Fabrication of c-plane oriented alumina sintered body

핫프레스에 의한 소성 온도를 1750℃로 한 것 이외에는 예 5와 같은 식으로 하여 c면 배향 알루미나 기판을 제작했다. 이와 같이 하여 얻은 소결체를 세라믹스의 정반에 고정하고, 지석을 이용하여 #2000까지 연삭하여 판면을 평탄하게 했다. 이어서, 다이아몬드 지립을 이용한 래핑 가공에 의해 판면을 평활화하여, 구경 50.8 mm(2 인치), 두께 1 mm의 배향 알루미나 소결체를 배향 알루미나 기판으로서 얻었다. 지립의 사이즈를 3 ㎛부터 0.5 ㎛까지 단계적으로 작게 하면서 평탄성을 높였다. 가공 후의 평균 거칠기(Ra)는 4 nm였다. 또한, 예 1과 같은 방법으로 c면 배향도와 판면의 평균 입경을 평가한 바, c면 배향도는 96%, 평균 입경은 14 ㎛였다. A c-plane oriented alumina substrate was produced in the same manner as in Example 5 except that the sintering temperature by hot press was 1750 캜. The sintered body thus obtained was fixed to a base plate of a ceramics, and the surface of the sintered body was flattened by grinding to # 2000 using a grinding stone. Subsequently, the plate surface was smoothed by lapping using diamond abrasive grains to obtain an oriented alumina sintered body having a diameter of 50.8 mm (2 inches) and a thickness of 1 mm as an oriented alumina substrate. The size of the abrasive grains was gradually reduced from 3 탆 to 0.5 탆, and the flatness was improved. The average roughness (Ra) after processing was 4 nm. The c-plane orientation degree and the average particle size of the plate were evaluated in the same manner as in Example 1, and the degree of c-plane orientation was 96% and the average particle size was 14 占 퐉.

(2) Ge 도핑 질화갈륨 자립 기판의 제작(2) Fabrication of Ge-doped gallium nitride self-supporting substrate

예 1의 (3a)와 같은 식으로 배향 알루미나 기판 위에 두께 3 ㎛의 GaN막을 적층시킨 종결정 기판을 제작했다. 이 종결정 기판 상에, 유지 시간을 30시간으로 한 것 이외에는 예 1의 (3b)와 같은 식으로 하여 Ge 도핑 GaN막을 성막했다. 얻어진 시료는, 50.8 mm(2 인치)의 종결정 기판의 전면 상에 Ge 도핑 질화갈륨 결정이 성장하였고, 결정의 두께는 약 0.3 mm였다. 크랙은 확인되지 않았다. A seed crystal substrate in which a GaN film having a thickness of 3 탆 was laminated on an oriented alumina substrate was produced in the same manner as in (3a) of Example 1. A Ge-doped GaN film was formed on the seed crystal substrate in the same manner as in Example 1 (3b) except that the holding time was 30 hours. In the obtained sample, Ge-doped gallium nitride crystal was grown on the front surface of the seed crystal substrate of 50.8 mm (2 inches), and the thickness of the crystal was about 0.3 mm. Cracks were not identified.

이렇게 해서 얻어진 시료의 Ge 도핑 질화갈륨 결정의 판면(표면)을 #600 및 #2000의 지석을 이용하여 질화갈륨 결정의 두께가 약 90 ㎛가 될 때까지 연삭하여 평탄하게 한 후, 다이아몬드 지립을 이용한 래핑 가공에 의해 판면을 평활화했다. 이어서, 예 4~6과 같은 방법을 이용하여 질화갈륨 결정의 단면의 역극점도 방위 맵핑을 실시한 바, 질화갈륨 결정은 배향 알루미나 기판측보다 표면측(배향 알루미나 기판과 반대쪽) 쪽이 입경이 크고, 질화갈륨 결정의 형상은 단면상으로 봤을 때, 사다리꼴, 삼각형 등, 완전한 주상이 아닌 것을 알 수 있었다. 또한, 후막화에 동반하여 입경이 증대하여 표면까지 성장이 진행하는 입자와, 표면까지 성장이 진행하지 않는 입자가 존재하는 것을 알 수 있었다. 이러한 거동으로 되는 원인은 분명하지 않지만, 도 5에 도시하는 것과 같이 성장이 느린 입자를 성장이 빠른 입자가 덮는 식으로 성장이 진행한 결과라고 생각된다. 따라서, 질화갈륨 결정을 구성하는 질화갈륨 입자 중, 표면측에 노출되어 있는 입자는 이면과 입계를 통하지 않고서 연통되어 있지만, 이면측에 노출된 입자의 일부는 도중에 성장이 정지한 것도 포함된다. The surface (surface) of the Ge-doped gallium nitride crystal of the thus-obtained sample was ground using a grinding wheel of # 600 and # 2000 until the thickness of the gallium nitride crystal became about 90 占 퐉 and made flat, The plate surface was smoothed by lapping. Next, the reverse mapping of the cross-section of the cross section of the gallium nitride crystal was performed using the same method as in Examples 4 to 6. As a result, the gallium nitride crystal had a larger diameter on the surface side (opposite to the oriented alumina substrate) side than the oriented alumina substrate side , And the shape of the gallium nitride crystal was not a complete columnar shape such as a trapezoid, a triangle, or the like when viewed in cross section. In addition, it was found that there were particles in which the growth progressed to the surface and particles in which the growth did not proceed to the surface, accompanied by increase in particle diameter accompanied with thickening. The cause of such a behavior is not clear, but it is thought that as shown in Fig. 5, the growth is progressed in such a manner that particles with a slow growth cover particles with a fast growth. Therefore, among the gallium nitride particles constituting the gallium nitride crystal, the particles exposed on the front surface side communicate with the back surface without passing through the grain boundary, but a part of the particles exposed on the back surface side also includes the growth stopped on the way.

이어서, 시료의 배향 알루미나 기판부를 지석에 의한 연삭 가공에 의해 제거하여, Ge 도핑 질화갈륨의 단일체를 얻었다. 이 Ge 도핑 질화갈륨 결정의 이면(배향 알루미나 기판과 접하고 있었던 쪽의 면)을 다이아몬드 지립에 의한 래핑 가공을 실시하여, 판 표면(배향 알루미나 기판과 접하고 있었던 쪽과 반대쪽)과 이면(배향 알루미나 기판과 접하고 있었던 쪽의 면)을 평활화한 약 90 ㎛ 두께의 질화갈륨 자립 기판을 얻었다(예 7-1). 질화갈륨 자립 기판의 표면 및 이면의 가공 후의 평균 거칠기(Ra)는 0.2 nm였다. Subsequently, the aligned alumina substrate portion of the sample was removed by grinding with a grinding stone to obtain a single piece of Ge-doped gallium nitride. The back surface of the Ge-doped gallium nitride crystal (the side facing the oriented alumina substrate) was subjected to a lapping process by diamond abrasive grains to form a laminate of the plate surface (opposite to the side contacting the oriented alumina substrate) (The surface on the side where the GaN layer was in contact with) was smoothed to obtain a GaN self-supporting substrate having a thickness of about 90 mu m (Example 7-1). The average roughness (Ra) of the front and back surfaces of the GaN self-supporting substrate after processing was 0.2 nm.

또한, 상기와 같은 식으로 Ge 도핑 질화갈륨 결정을 제작하고, 그 판면(표면)을 #600 및 #2000의 지석을 이용하여 연삭하고, 질화갈륨 결정의 두께가 70, 50, 30 및 20 ㎛가 되는 시료를 각각 제작하여, 다이아몬드 지립을 이용한 래핑 가공에 의해 판면을 평활화했다. 이어서, 상기와 같이 알루미나 기판부를 제거하여, Ge 도핑 질화갈륨 결정의 이면(배향 알루미나 기판과 접하고 있었던 쪽의 면)을 다이아몬드 지립에 의한 래핑 가공을 실시하여, 판 표면(배향 알루미나 기판과 접하고 있었던 쪽과 반대쪽)과 이면(배향 알루미나 기판과 접하고 있었던 측의 면)을 평활화한 두께가 각각 70, 50, 30 및 20 ㎛가 되는 질화갈륨 자립 기판을 얻었다(예 7-2~예 7-5). 각 시료의 표면 및 이면의 가공 후의 평균 거칠기(Ra)는 모두 0.2 nm였다. Further, Ge-doped gallium nitride crystals were prepared in the same manner as described above, and the surface (surface) of the Ge-doped gallium nitride crystal was ground using a grinding wheel of # 600 and # 2000 so that the thickness of the gallium nitride crystal was 70, 50, Respectively, and the plate surface was smoothed by lapping using diamond abrasive grains. Subsequently, the alumina substrate portion was removed as described above, and the back surface of the Ge-doped gallium nitride crystal (the side facing the aligned alumina substrate) was subjected to lapping by diamond abrasive grains to form a plate surface 50, 30, and 20 mu m, respectively, of the back surface (the side opposite to the oriented alumina substrate) and the back surface (the side facing the oriented alumina substrate) were smoothed (Examples 7-2 to 7-5). The average roughness (Ra) of the front and back surfaces of each sample after processing was 0.2 nm.

예 1의 (3)과 같은 방법으로 각 시료의 체적 저항율을 측정한 바, 체적 저항율은 모두 1×10-2 Ω·cm였다. 또한, 질화갈륨 자립 기판의 표면과 이면에 있어서의 GaN 단결정 입자의 단면 평균 직경을 예 1의 (3)과 같은 방법을 이용하여 측정한 결과, 질화갈륨 자립 기판의 두께와 표면의 단면 평균 직경, 이면의 단면 평균 직경, 기판 이면의 단면 평균 직경 DB에 대한 기판 표면의 단면 평균 직경 DT의 비(DT/DB), 및 표면의 단면 평균 직경에 대한 GaN 결정의 두께의 비로서 산출되는 GaN 단결정 입자의 애스펙트비는 표 1과 같았다. The volume resistivity of each sample was measured in the same manner as in Example 1 (3), and the volume resistivity was all 1 × 10 -2 Ω · cm. The average cross-sectional average diameter of the GaN single crystal grains on the front and back surfaces of the gallium nitride self-supporting substrate was measured by the same method as in Example 1 (3). As a result, the thickness of the gallium nitride self- The ratio (D T / D B ) of the cross-sectional average diameter of the back surface, the cross-sectional average diameter D T of the substrate surface to the cross-sectional average diameter D B of the back surface of the substrate, and the ratio of the thickness of the GaN crystal to the cross- The aspect ratios of the GaN single crystal particles were as shown in Table 1.

Figure 112015121597319-pct00003
Figure 112015121597319-pct00003

(3) Ge 도핑 질화갈륨 자립 기판을 이용한 발광 소자의 제작(3) Fabrication of light-emitting device using Ge-doped gallium nitride self-supporting substrate

예 1의 (4a)와 같은 식으로 질화갈륨 자립 기판 상에 발광 기능층을 제작하여, 최외측 표면에 있어서의 단결정 입자의 단면 평균 직경을 측정한 결과를 표 1에 기재한다. 또한 예 1의 (4b)와 같은 식으로 종형의 발광 소자를 제작한 결과, 어느 시료나 캐소드 전극과 애노드 전극 사이의 I-V 측정에 의해 정류성이 확인되고, 순방향의 통전에 의해 파장 450 nm의 발광이 확인되었다. 발광 휘도는 모두 어느 정도 높았지만, 예 7-1>예 7-2>예 7-3>예 7-4>예 7-5의 관계였다.The light-emitting functional layer was fabricated on the gallium nitride self-supporting substrate in the same manner as in Example 1 (4a), and the average cross-sectional average diameter of the single crystal grain on the outermost surface was measured. Further, as a result of fabricating a vertical type light emitting device in the same manner as in Example 1 (4b), the rectifying property was confirmed by IV measurement between any sample and the cathode electrode and the anode electrode, and light emission with a wavelength of 450 nm . The luminescence intensities were all somewhat high, but the relationship of Example 7-1> Example 7-2> Example 7-3> Example 7-4> Example 7-5 was satisfied.

예 8Example 8

(1) c면 배향 알루미나 소결체의 제작(1) Fabrication of c-plane oriented alumina sintered body

원료로서, 판상 알루미나 분말(킨세이마테크가부시키가이샤 제조, 등급02025), 미세 알루미나 분말(다이메이가가쿠고교가부시키가이샤 제조, 등급 TM-DAR), 불화알루미늄(간토가가쿠 제조), 및 산화마그네슘 분말(우베마테리알즈가부시키가이샤, 등급 500A)을 준비하고, 판상 알루미나 분말 5 중량부, 미세 알루미나 분말 95 중량부, 불화알루미늄 분말 0.05 중량부, 산화마그네슘 분말 0.025 중량부를 혼합하여 알루미나 원료를 얻었다. 이어서, 알루미나 원료 100 중량부에 대하여, 바인더(폴리비닐부티랄: 품번 BM-2, 세키스이가가쿠고교가부시키가이샤 제조) 8 중량부와, 가소제(DOP: 디(2-에틸헥실)프탈레이트, 구로가네가세이가부시키가이샤 제조) 4 중량부와, 분산제(레오도르 SP-O30, 가오가부시키가이샤 제조) 2 중량부와, 분산매(크실렌과 1-부탄올을 중량비 1:1로 혼합한 것)를 혼합했다. 분산매의 양은, 슬러리 점도가 20000 cP가 되도록 조정했다. 상기한 바와 같이 하여 조제된 슬러리를, 닥터블레이드법에 의해서, PET 필름 위에, 건조 후의 두께가 100 ㎛가 되도록 시트형으로 성형했다. 얻어진 테이프를 구경 50.8 mm(2 인치)의 원형으로 절단한 후 30장 적층하여, 두께 10 mm의 Al판 위에 배치한 후, 진공 팩을 행했다. 이 진공 팩을 85℃의 온수 속에서, 100 kgf/㎠의 압력으로 정수압 프레스를 실시하여, 원반형의 성형체를 얻었다. As a raw material, a flaky alumina powder (grade 02025, manufactured by Kinesei Tech Co., Ltd.), fine alumina powder (grade TM-DAR manufactured by Daimei Kagaku Kogyo K.K.), aluminum fluoride (manufactured by Kanto Kagaku Co., Ltd.) And 5 parts by weight of a flaky alumina powder, 95 parts by weight of a fine alumina powder, 0.05 part by weight of an aluminum fluoride powder and 0.025 part by weight of a magnesium oxide powder were mixed to prepare a magnesium oxide powder (Ube Materialell Co., Ltd., grade 500A) Alumina raw material was obtained. Subsequently, 8 parts by weight of a binder (polyvinyl butyral: part number BM-2, manufactured by Sekisui Chemical Co., Ltd.), 8 parts by weight of a plasticizer (DOP: di (2-ethylhexyl) phthalate , 4 parts by weight of a dispersing agent (LEODOR SP-O30, manufactured by Kao Corporation), 2 parts by weight of a dispersion medium (xylene and 1-butanol in a weight ratio of 1: 1 Were mixed. The amount of the dispersion medium was adjusted so that the slurry viscosity became 20000 cP. The slurry prepared as described above was formed into a sheet form on a PET film by a doctor blade method so as to have a thickness of 100 mu m after drying. The resulting tape was cut into a circular shape with a diameter of 50.8 mm (2 inches), and then 30 sheets were stacked and placed on an Al plate having a thickness of 10 mm, followed by vacuum packing. This vacuum pack was subjected to hydrostatic pressing at a pressure of 100 kgf / cm < 2 > in warm water at 85 DEG C to obtain a disk-shaped molded article.

얻어진 성형체를 탈지로 속에 배치하여, 600℃에서 10시간의 조건으로 탈지를 했다. 얻어진 탈지체를 흑연제의 형(型)을 이용하여, 핫프레스로 질소 속에서 1800℃에서 4시간, 면압 200 kgf/㎠의 조건으로 소성했다. The obtained molded article was placed in a degreasing furnace and degreased under the conditions of 600 占 폚 for 10 hours. The obtained degreased body was sintered in a nitrogen press at 1800 占 폚 for 4 hours under a pressure of 200 kgf / cm2 using a graphite mold.

이와 같이 하여 얻은 소결체를 세라믹스의 정반에 고정하고, 지석을 이용하여 #2000까지 연삭하여 판면을 평탄하게 했다. 이어서, 다이아몬드 지립을 이용한 래핑 가공에 의해 판면을 평활화하여, 구경 50.8 mm(2 인치), 두께 1 mm의 배향 알루미나 소결체를 배향 알루미나 기판으로서 얻었다. 지립의 사이즈를 3 ㎛부터 0.5 ㎛까지 단계적으로 작게 하면서 평탄성을 높였다. 가공 후의 평균 거칠기(Ra)는 4 nm였다. 또한, 예 1과 같은 방법으로 c면 배향도와 판면의 평균 입경을 평가한 바, c면 배향도는 92%, 평균 입경은 약 64 ㎛였다. The sintered body thus obtained was fixed to a base plate of a ceramics, and the surface of the sintered body was flattened by grinding to # 2000 using a grinding stone. Subsequently, the plate surface was smoothed by lapping using diamond abrasive grains to obtain an oriented alumina sintered body having a diameter of 50.8 mm (2 inches) and a thickness of 1 mm as an oriented alumina substrate. The size of the abrasive grains was gradually reduced from 3 탆 to 0.5 탆, and the flatness was improved. The average roughness (Ra) after processing was 4 nm. The c-plane orientation degree and the average particle size of the plate were evaluated in the same manner as in Example 1, and the c-plane orientation degree was 92% and the average particle size was about 64 占 퐉.

(2) Ge 도핑 질화갈륨 자립 기판의 제작(2) Fabrication of Ge-doped gallium nitride self-supporting substrate

예 1의 (3a)와 같은 식으로 배향 알루미나 기판 위에 두께 3 ㎛의 GaN막을 적층시킨 종결정 기판을 제작했다. 이 종결정 기판 상에, 유지 시간을 30시간으로 한 것 이외에는 예 1의 (3b)와 같은 식으로 하여 Ge 도핑 GaN막을 성막했다. 얻어진 시료는, 50.8 mm(2 인치)의 종결정 기판의 전면 상에 Ge 도핑 질화갈륨 결정이 성장하였고, 결정의 두께는 약 0.3 mm였다. 크랙은 확인되지 않았다. A seed crystal substrate in which a GaN film having a thickness of 3 탆 was laminated on an oriented alumina substrate was produced in the same manner as in (3a) of Example 1. A Ge-doped GaN film was formed on the seed crystal substrate in the same manner as in Example 1 (3b) except that the holding time was 30 hours. In the obtained sample, Ge-doped gallium nitride crystal was grown on the front surface of the seed crystal substrate of 50.8 mm (2 inches), and the thickness of the crystal was about 0.3 mm. Cracks were not identified.

이렇게 해서 얻어진 시료의 Ge 도핑 질화갈륨 결정의 판면(표면)을 #600 및 #2000의 지석을 이용하여 질화갈륨 결정의 두께가 약 90 ㎛가 될 때까지 연삭하여 평탄하게 한 후, 다이아몬드 지립을 이용한 래핑 가공에 의해 판면을 평활화했다. 이어서, 예 4~7과 같은 방법을 이용하여 질화갈륨 결정의 단면의 역극점도 방위 맵핑을 실시한 바, 질화갈륨 결정은 배향 알루미나 기판측보다 표면측(배향 알루미나 기판과 반대쪽) 쪽이 입경이 크고, 질화갈륨 결정의 형상은 단면상으로 봤을 때, 사다리꼴, 삼각형 등, 완전한 주상이 아닌 것을 알 수 있었다. 또한, 후막화에 동반하여 입경이 증대하여 표면까지 성장이 진행하는 입자와, 표면까지 성장이 진행하지 않는 입자가 존재하는 것을 알 수 있었다. 이러한 거동으로 되는 원인은 분명하지 않지만, 도 5에 도시하는 것과 같이 성장이 느린 입자를 성장이 빠른 입자가 덮는 식으로 성장이 진행한 결과라고 생각된다. 따라서, 질화갈륨 결정을 구성하는 질화갈륨 입자 중, 표면측에 노출되어 있는 입자는 이면과 입계를 통하지 않고서 연통되어 있지만, 이면측에 노출된 입자의 일부는 도중에 성장이 정지한 것도 포함된다. The surface (surface) of the Ge-doped gallium nitride crystal of the thus-obtained sample was ground using a grinding wheel of # 600 and # 2000 until the thickness of the gallium nitride crystal became about 90 占 퐉 and made flat, The plate surface was smoothed by lapping. Then, reverse mapping of the cross-section of the cross-section of the gallium nitride crystal was performed using the same method as in Examples 4 to 7. As a result, the gallium nitride crystal had a larger particle size on the surface side (opposite to the oriented alumina substrate) side than the oriented alumina substrate side , And the shape of the gallium nitride crystal was not a complete columnar shape such as a trapezoid, a triangle, or the like when viewed in cross section. In addition, it was found that there were particles in which the growth progressed to the surface and particles in which the growth did not proceed to the surface, accompanied by increase in particle diameter accompanied with thickening. The cause of such a behavior is not clear, but it is thought that as shown in Fig. 5, the growth is progressed in such a manner that particles with a slow growth cover particles with a fast growth. Therefore, among the gallium nitride particles constituting the gallium nitride crystal, the particles exposed on the front surface side communicate with the back surface without passing through the grain boundary, but a part of the particles exposed on the back surface side also includes the growth stopped on the way.

이어서, 시료의 배향 알루미나 기판부를 지석에 의한 연삭 가공에 의해 제거하여, Ge 도핑 질화갈륨의 단일체를 얻었다. 이 Ge 도핑 질화갈륨 결정의 이면(배향 알루미나 기판과 접하고 있었던 쪽의 면)에 다이아몬드 지립에 의한 래핑 가공을 실시하여, 판 표면과 이면(배향 알루미나 기판과 접하고 있었던 쪽의 면)을 평활화한 약 90 ㎛ 두께의 질화갈륨 자립 기판을 얻었다. 질화갈륨 자립 기판의 표면 및 이면의 가공 후의 평균 거칠기(Ra)는 0.2 nm였다. Subsequently, the aligned alumina substrate portion of the sample was removed by grinding with a grinding stone to obtain a single piece of Ge-doped gallium nitride. The surface of the Ge-doped gallium nitride crystal was subjected to lapping by diamond abrasive grains on the back surface (the side on which the oriented alumina substrate was brought into contact) to obtain a roughly 90 Thereby obtaining a gallium nitride self-supporting substrate having a thickness of 탆. The average roughness (Ra) of the front and back surfaces of the GaN self-supporting substrate after processing was 0.2 nm.

예 1의 (3)과 같은 방법으로 체적 저항율을 측정한 바, 체적 저항율은 1×10-2 Ω·cm였다. 또한, 질화갈륨 자립 기판의 표면과 이면에 있어서의 GaN 단결정 입자의 단면 평균 직경을 예 1의 (3)과 같은 방법을 이용하여 측정한 결과, 표면의 단면 평균 직경은 약 80 ㎛, 이면의 단면 평균 직경은 약 64 ㎛였다. 이와 같이 단면 평균 직경은 표면 쪽이 이면보다도 크고, 기판 이면의 단면 평균 직경 DB에 대한 기판 표면의 단면 평균 직경 DT의 비(DT/DB)는 약 1.3이 되었다. 또한, 표면의 단면 평균 직경에 대한 GaN 결정의 두께의 비로서 산출되는 GaN 단결정 입자의 애스펙트비는 약 1.1이었다. The volume resistivity was measured by the same method as in Example 1 (3), and the volume resistivity was 1 x 10 < -2 > The average cross-sectional average diameter of the GaN single crystal grains on the front and back surfaces of the gallium nitride self-supporting substrate was measured by the same method as in Example 1 (3). As a result, the cross-sectional average diameter of the surface was about 80 탆, The average diameter was about 64 탆. Thus the average cross-sectional diameter of the back surface side than the ratio (D T / D B) of large, average diameter of cross-section of the substrate surface for a cross-sectional average diameter D B of the back board D T was about 1.3. The aspect ratio of the GaN single crystal grain calculated as the ratio of the thickness of the GaN crystal to the cross-sectional average diameter of the surface was about 1.1.

(3) Ge 도핑 질화갈륨 자립 기판을 이용한 발광 소자의 제작(3) Fabrication of light-emitting device using Ge-doped gallium nitride self-supporting substrate

예 1의 (4a)와 같은 식으로 질화갈륨 자립 기판 상에 발광 기능층을 제작하여, 최외측 표면에 있어서의 단결정 입자의 단면 평균 직경을 측정한 바, 단면 평균 직경은 약 80 ㎛였다. 또한 예 1의 (4b)와 같은 식으로 종형의 발광 소자를 제작한 결과, 캐소드 전극과 애노드 전극 사이의 I-V 측정에 의해 정류성이 확인되고, 순방향의 통전에 의해 파장 450 nm의 발광이 확인되었다. The light-emitting functional layer was fabricated on the gallium nitride self-supporting substrate in the same manner as in Example 1 (4a), and the average cross-sectional diameter of the single crystal grain on the outermost surface was measured. Further, as a result of producing a vertical-type light-emitting device in the same manner as in Example 1 (4b), rectification property was confirmed by IV measurement between the cathode electrode and the anode electrode, and light emission with a wavelength of 450 nm was confirmed by forward energization .

예 9Example 9

(1) c면 배향 알루미나 소결체의 제작(1) Fabrication of c-plane oriented alumina sintered body

불화알루미늄 분말의 양을 0.02 중량부로 한 것 이외에는 예 8과 같은 식으로 c면 배향 알루미나 기판을 제작했다. 이와 같이 하여 얻은 소결체를 세라믹스의 정반에 고정하고, 지석을 이용하여 #2000까지 연삭하여 판면을 평탄하게 했다. 이어서, 다이아몬드 지립을 이용한 래핑 가공에 의해 판면을 평활화하여, 구경 50.8 mm(2 인치), 두께 1 mm의 배향 알루미나 소결체를 배향 알루미나 기판으로서 얻었다. 지립의 사이즈를 3 ㎛부터 0.5 ㎛까지 단계적으로 작게 하면서 평탄성을 높였다. 가공 후의 평균 거칠기(Ra)는 4 nm였다. 또한, 예 1과 같은 방법으로 c면 배향도와 판면의 평균 입경을 평가한 바, c면 배향도는 94%, 평균 입경은 41 ㎛였다. A c-plane oriented alumina substrate was produced in the same manner as in Example 8 except that the amount of the aluminum fluoride powder was changed to 0.02 parts by weight. The sintered body thus obtained was fixed to a base plate of a ceramics, and the surface of the sintered body was flattened by grinding to # 2000 using a grinding stone. Subsequently, the plate surface was smoothed by lapping using diamond abrasive grains to obtain an oriented alumina sintered body having a diameter of 50.8 mm (2 inches) and a thickness of 1 mm as an oriented alumina substrate. The size of the abrasive grains was gradually reduced from 3 탆 to 0.5 탆, and the flatness was improved. The average roughness (Ra) after processing was 4 nm. The c-plane orientation degree and the average particle size of the plate were evaluated in the same manner as in Example 1, and the c-plane orientation degree was 94% and the average particle size was 41 탆.

(2) Ge 도핑 질화갈륨 자립 기판의 제작(2) Fabrication of Ge-doped gallium nitride self-supporting substrate

예 1의 (3a)와 같은 식으로 배향 알루미나 기판 위에 두께 3 ㎛의 GaN막을 적층시킨 종결정 기판을 제작했다. 이 종결정 기판 상에, 유지 시간을 30시간으로 한 것 이외에는 예 1의 (3b)와 같은 식으로 하여 Ge 도핑 GaN막을 성막했다. 얻어진 시료는, 50.8 mm(2 인치)의 종결정 기판의 전면 상에 Ge 도핑 질화갈륨 결정이 성장하였고, 결정의 두께는 약 0.3 mm였다. 크랙은 확인되지 않았다. A seed crystal substrate in which a GaN film having a thickness of 3 탆 was laminated on an oriented alumina substrate was produced in the same manner as in (3a) of Example 1. A Ge-doped GaN film was formed on the seed crystal substrate in the same manner as in Example 1 (3b) except that the holding time was 30 hours. In the obtained sample, Ge-doped gallium nitride crystal was grown on the front surface of the seed crystal substrate of 50.8 mm (2 inches), and the thickness of the crystal was about 0.3 mm. Cracks were not identified.

이렇게 해서 얻어진 시료의 배향 알루미나 기판부를 지석에 의한 연삭 가공에 의해 제거하여, Ge 도핑 질화갈륨의 단일체를 얻었다. 이어서 #600 및 #2000의 지석을 이용하여 Ge 도핑 질화갈륨 결정의 이면(배향 알루미나 기판과 접하고 있었던 쪽의 면)을 약 80 ㎛ 절삭했다. 그 후, 판면(표면)을 질화갈륨 결정의 두께가 약 60 ㎛가 될 때까지 연삭하여 평탄하게 한 후, 다이아몬드 지립을 이용한 래핑 가공에 의해 표면, 이면을 평활화한 약 60 ㎛ 두께의 질화갈륨 자립 기판을 얻었다. 질화갈륨 자립 기판의 표면 및 이면의 가공 후의 평균 거칠기(Ra)는 0.2 nm였다. The thus-obtained alumina substrate portion of the sample was removed by grinding using a grinding stone to obtain a single piece of Ge-doped gallium nitride. Subsequently, the back surface of the Ge-doped gallium nitride crystal (the side on which the oriented alumina substrate was in contact) was cut to about 80 탆 using # 600 and # 2000 grindstones. Thereafter, the plate surface (surface) was ground by grinding until the thickness of the gallium nitride crystal became about 60 占 퐉 and flattened. Thereafter, the surface and back surface were flattened by lapping using diamond abrasive grains, To obtain a substrate. The average roughness (Ra) of the front and back surfaces of the GaN self-supporting substrate after processing was 0.2 nm.

이어서, 예 4~8과 같은 방법을 이용하여 질화갈륨 결정의 단면의 역극점도 방위 맵핑을 실시한 바, 질화갈륨 결정은 배향 알루미나 기판측보다 표면측(배향 알루미나 기판과 반대쪽) 쪽이 입경이 크고, 질화갈륨 결정의 형상은 단면상으로 봤을 때, 사다리꼴, 삼각형 등, 완전한 주상이 아닌 것을 알 수 있었다. 또한, 후막화에 동반하여 입경이 증대하여 표면까지 성장이 진행하는 입자와, 표면까지 성장이 진행하지 않는 입자가 존재하는 것을 알 수 있었다. 이러한 거동이 되는 원인은 분명하지 않지만, 도 5에 도시하는 것과 같이 성장이 느린 입자를 성장이 빠른 입자가 덮는 식으로 성장이 진행한 결과라고 생각된다. 따라서, 질화갈륨 결정을 구성하는 질화갈륨 입자 중, 표면측에 노출되어 있는 입자는 이면과 입계를 통하지 않고서 연통되어 있지만, 이면측에 노출된 입자의 일부는 도중에 성장이 정지한 것도 포함된다. Then, the reverse mapping of the cross-section of the cross-section of the gallium nitride crystal was carried out by the same method as in Examples 4 to 8. As a result, the grain size of the gallium nitride crystal was larger on the surface side (opposite to the oriented alumina substrate) than on the oriented alumina substrate side , And the shape of the gallium nitride crystal was not a complete columnar shape such as a trapezoid, a triangle, or the like when viewed in cross section. In addition, it was found that there were particles in which the growth progressed to the surface and particles in which the growth did not proceed to the surface, accompanied by increase in particle diameter accompanied with thickening. The cause of such a behavior is not clear, but it is considered that growth is progressed in such a manner that particles with a slow growth cover particles with a fast growth as shown in Fig. Therefore, among the gallium nitride particles constituting the gallium nitride crystal, the particles exposed on the front surface side communicate with the back surface without passing through the grain boundary, but a part of the particles exposed on the back surface side also includes the growth stopped on the way.

예 1의 (3)과 같은 방법으로 체적 저항율을 측정한 바, 체적 저항율은 1×10-2 Ω·cm였다. 또한, 질화갈륨 자립 기판의 표면과 이면에 있어서의 GaN 단결정 입자의 단면 평균 직경을 예 1의 (3)과 같은 방법을 이용하여 측정한 결과, 표면의 단면 평균 직경은 약 81 ㎛, 이면의 단면 평균 직경은 약 61 ㎛였다. 이와 같이 단면 평균 직경은 표면 쪽이 이면보다도 크고, 기판 이면의 단면 평균 직경 DB에 대한 기판 표면의 단면 평균 직경 DT의 비(DT/DB)는 약 1.3이 되었다. 또한, 표면의 단면 평균 직경에 대한 GaN 결정의 두께의 비로서 산출되는 GaN 단결정 입자의 애스펙트비는 약 0.7이었다. The volume resistivity was measured by the same method as in Example 1 (3), and the volume resistivity was 1 x 10 < -2 > The average cross-sectional average diameter of the GaN single crystal grains on the front and back surfaces of the gallium nitride self-supporting substrate was measured by the same method as in Example 1 (3). As a result, the average cross-sectional surface diameter was about 81 탆, The average diameter was about 61 탆. Thus the average cross-sectional diameter of the back surface side than the ratio (D T / D B) of large, average diameter of cross-section of the substrate surface for a cross-sectional average diameter D B of the back board D T was about 1.3. The aspect ratio of the GaN single crystal grain calculated as the ratio of the thickness of the GaN crystal to the cross-sectional average diameter of the surface was about 0.7.

(3) Ge 도핑 질화갈륨 자립 기판을 이용한 발광 소자의 제작(3) Fabrication of light-emitting device using Ge-doped gallium nitride self-supporting substrate

예 1의 (4a)와 같은 식으로 질화갈륨 자립 기판 상에 발광 기능층을 제작하여, 최외측 표면에 있어서의 단결정 입자의 단면 평균 직경을 측정한 바, 단면 평균 직경은 약 81 ㎛였다. 또한 예 1의 (4b)와 같은 식으로 종형의 발광 소자를 제작한 결과, 캐소드 전극과 애노드 전극 사이의 I-V 측정에 의해 정류성이 확인되고, 순방향의 통전에 의해 파장 450 nm의 발광이 확인되었다. 그러나, 발광 휘도는 어느 정도 높았지만, 예 8보다 약한 것을 알 수 있었다.The light-emitting functional layer was fabricated on the gallium nitride self-supporting substrate in the same manner as in Example 1 (4a), and the average cross-sectional average diameter of the single crystal particles on the outermost surface was measured. Further, as a result of producing a vertical-type light-emitting device in the same manner as in Example 1 (4b), rectification property was confirmed by IV measurement between the cathode electrode and the anode electrode, and light emission with a wavelength of 450 nm was confirmed by forward energization . However, although the luminescence brightness was somewhat high, it was found to be weaker than that of Example 8.

예 10Example 10

(1) c면 배향 알루미나 소결체의 제작(1) Fabrication of c-plane oriented alumina sintered body

원료로서, 판상 알루미나 분말(킨세이마테크가부시키가이샤 제조, 등급10030), 미세 알루미나 분말(다이메이가가쿠고교가부시키가이샤 제조, 등급 TM-DAR), 및 산화마그네슘 분말(우베마테리알즈가부시키가이샤, 등급 500A)을 준비하고, 판상 알루미나 분말 5 중량부, 미세 알루미나 분말 95 중량부, 산화마그네슘 분말 0.025 중량부를 혼합하여 알루미나 원료를 얻었다. 이어서, 알루미나 원료 100 중량부에 대하여, 바인더(폴리비닐부티랄: 품번 BM-2, 세키스이가가쿠고교가부시키가이샤 제조) 8 중량부와, 가소제(DOP: 디(2-에틸헥실)프탈레이트, 구로가네가세이가부시키가이샤 제조) 4 중량부와, 분산제(레오도르 SP-O30, 가오가부시키가이샤 제조) 2 중량부와, 분산매(크실렌과 1-부탄올을 중량비 1:1로 혼합한 것)를 혼합했다. 분산매의 양은, 슬러리 점도가 20000 cP가 되도록 조정했다. 상기한 바와 같이 하여 조제된 슬러리를, 닥터블레이드법에 의해서, PET 필름 위에, 건조 후의 두께가 100 ㎛가 되도록 시트형으로 성형했다. 얻어진 테이프를 구경 50.8 mm(2 인치)의 원형으로 절단한 후 30장 적층하여, 두께 10 mm의 Al판 위에 배치한 후, 진공 팩을 행했다. 이 진공 팩을 85℃의 온수 속에서, 100 kgf/㎠의 압력으로 정수압 프레스를 실시하여, 원반형의 성형체를 얻었다. As a raw material, a plate-like alumina powder (grade 10030, manufactured by KINSEI TECH CORPORATION), fine alumina powder (grade TM-DAR, manufactured by Daimei Kagaku Kogyo K.K.) and magnesium oxide powder (Ube Material Co., Ltd.), 5 parts by weight of the flaky alumina powder, 95 parts by weight of the fine alumina powder and 0.025 part by weight of the magnesium oxide powder were mixed to obtain alumina raw material. Subsequently, 8 parts by weight of a binder (polyvinyl butyral: part number BM-2, manufactured by Sekisui Chemical Co., Ltd.), 8 parts by weight of a plasticizer (DOP: di (2-ethylhexyl) phthalate , 4 parts by weight of a dispersing agent (LEODOR SP-O30, manufactured by Kao Corporation), 2 parts by weight of a dispersion medium (xylene and 1-butanol in a weight ratio of 1: 1 Were mixed. The amount of the dispersion medium was adjusted so that the slurry viscosity became 20000 cP. The slurry prepared as described above was formed into a sheet form on a PET film by a doctor blade method so as to have a thickness of 100 mu m after drying. The resulting tape was cut into a circular shape with a diameter of 50.8 mm (2 inches), and then 30 sheets were stacked and placed on an Al plate having a thickness of 10 mm, followed by vacuum packing. This vacuum pack was subjected to hydrostatic pressing at a pressure of 100 kgf / cm < 2 > in warm water at 85 DEG C to obtain a disk-shaped molded article.

얻어진 성형체를 탈지로 속에 배치하여, 600℃에서 10시간의 조건으로 탈지를 했다. 얻어진 탈지체를 흑연제의 형(型)을 이용하여, 핫프레스로 질소 속에서 1800℃에서 4시간, 면압 200 kgf/㎠의 조건으로 소성했다. The obtained molded article was placed in a degreasing furnace and degreased under the conditions of 600 占 폚 for 10 hours. The obtained degreased body was sintered in a nitrogen press at 1800 占 폚 for 4 hours under a pressure of 200 kgf / cm2 using a graphite mold.

이와 같이 하여 얻은 소결체를 세라믹스의 정반에 고정하고, 지석을 이용하여 #2000까지 연삭하여 판면을 평탄하게 했다. 이어서, 다이아몬드 지립을 이용한 래핑 가공에 의해 판면을 평활화하여, 구경 50.8 mm(2 인치), 두께 1 mm의 배향 알루미나 소결체를 배향 알루미나 기판으로서 얻었다. 지립의 사이즈를 3 ㎛부터 0.5 ㎛까지 단계적으로 작게 하면서 평탄성을 높였다. 가공 후의 평균 거칠기(Ra)는 4 nm였다. 또한, 예 1과 같은 방법으로 c면 배향도와 판면의 평균 입경을 평가한 바, c면 배향도는 99%, 평균 입경은 약 24 ㎛였다. The sintered body thus obtained was fixed to a base plate of a ceramics, and the surface of the sintered body was flattened by grinding to # 2000 using a grinding stone. Subsequently, the plate surface was smoothed by lapping using diamond abrasive grains to obtain an oriented alumina sintered body having a diameter of 50.8 mm (2 inches) and a thickness of 1 mm as an oriented alumina substrate. The size of the abrasive grains was gradually reduced from 3 탆 to 0.5 탆, and the flatness was improved. The average roughness (Ra) after processing was 4 nm. The c-plane orientation degree and the average grain size of the plate were evaluated in the same manner as in Example 1, and the c-plane orientation degree was 99% and the average particle size was about 24 탆.

(2) Ge 도핑 질화갈륨 자립 기판의 제작(2) Fabrication of Ge-doped gallium nitride self-supporting substrate

예 1의 (3a)와 같은 식으로 배향 알루미나 기판 위에 두께 3 ㎛의 GaN막을 적층시킨 종결정 기판을 제작했다. 이 종결정 기판 상에, 유지 시간을 30시간으로 한 것 이외에는 예 1의 (3b)와 같은 식으로 하여 Ge 도핑 GaN막을 성막했다. 얻어진 시료는, 50.8 mm(2 인치)의 종결정 기판의 전면 상에 Ge 도핑 질화갈륨 결정이 성장하였고, 결정의 두께는 약 0.3 mm였다. 크랙은 확인되지 않았다. A seed crystal substrate in which a GaN film having a thickness of 3 탆 was laminated on an oriented alumina substrate was produced in the same manner as in (3a) of Example 1. A Ge-doped GaN film was formed on the seed crystal substrate in the same manner as in Example 1 (3b) except that the holding time was 30 hours. In the obtained sample, Ge-doped gallium nitride crystal was grown on the front surface of the seed crystal substrate of 50.8 mm (2 inches), and the thickness of the crystal was about 0.3 mm. Cracks were not identified.

이렇게 해서 얻어진 시료의 배향 알루미나 기판부를 지석에 의한 연삭 가공에 의해 제거하여, Ge 도핑 질화갈륨의 단일체를 얻었다. 이어서 #600 및 #2000의 지석을 이용하여 Ge 도핑 질화갈륨 결정의 이면(배향 알루미나 기판과 접하고 있었던 쪽의 면)을 약 90 ㎛ 절삭했다. 그 후, 판면(표면)을 질화갈륨 결정의 두께가 약 40 ㎛가 될 때까지 연삭하여 평탄하게 한 후, 다이아몬드 지립을 이용한 래핑 가공에 의해 표면, 이면을 평활화하여 약 40 ㎛ 두께의 질화갈륨 자립 기판을 얻었다. 질화갈륨 자립 기판의 표면 및 이면의 가공 후의 평균 거칠기(Ra)는 0.2 nm였다. The thus-obtained alumina substrate portion of the sample was removed by grinding using a grinding stone to obtain a single piece of Ge-doped gallium nitride. Subsequently, the back surface of the Ge-doped gallium nitride crystal (the side on which the oriented alumina substrate was in contact) was cut to about 90 탆 by using # 600 and # 2000 grindstones. Thereafter, the plate surface (surface) was ground by grinding until the thickness of the gallium nitride crystal became about 40 占 퐉, and then the surface and the back surface were smoothed by lapping using diamond abrasive grains to form gallium nitride self- To obtain a substrate. The average roughness (Ra) of the front and back surfaces of the GaN self-supporting substrate after processing was 0.2 nm.

이어서, 예 4~9와 같은 방법을 이용하여 질화갈륨 결정의 단면의 역극점도 방위 맵핑을 실시한 바, 질화갈륨 결정은 배향 알루미나 기판측보다 표면측(배향 알루미나 기판과 반대쪽) 쪽이 입경이 크고, 질화갈륨 결정의 형상은 단면상으로 봤을 때, 사다리꼴, 삼각형 등, 완전한 주상이 아닌 것을 알 수 있었다. 또한, 후막화에 동반하여 입경이 증대하여 표면까지 성장이 진행하는 입자와, 표면까지 성장이 진행하지 않는 입자가 존재하는 것을 알 수 있었다. 이러한 거동으로 되는 원인은 분명하지 않지만, 도 5에 도시하는 것과 같이 성장이 느린 입자를 성장이 빠른 입자가 덮는 식으로 성장이 진행한 결과라고 생각된다. 따라서, 질화갈륨 결정을 구성하는 질화갈륨 입자 중, 표면측에 노출되어 있는 입자는 이면과 입계를 통하지 않고서 연통되어 있지만, 이면측에 노출된 입자의 일부는 도중에 성장이 정지한 것도 포함된다. Then, reverse mapping of the cross-section of the cross section of the gallium nitride crystal was performed using the same method as in Examples 4 to 9. The gallium nitride crystal had a larger particle size on the surface side (opposite to the oriented alumina substrate) side than the oriented alumina substrate side , And the shape of the gallium nitride crystal was not a complete columnar shape such as a trapezoid, a triangle, or the like when viewed in cross section. In addition, it was found that there were particles in which the growth progressed to the surface and particles in which the growth did not proceed to the surface, accompanied by increase in particle diameter accompanied with thickening. The cause of such a behavior is not clear, but it is thought that as shown in Fig. 5, the growth is progressed in such a manner that particles with a slow growth cover particles with a fast growth. Therefore, among the gallium nitride particles constituting the gallium nitride crystal, the particles exposed on the front surface side communicate with the back surface without passing through the grain boundary, but a part of the particles exposed on the back surface side also includes the growth stopped on the way.

예 1의 (3)과 같은 방법으로 체적 저항율을 측정한 바, 체적 저항율은 1×10-2 Ω·cm였다. 또한, 질화갈륨 자립 기판의 표면과 이면에 있어서의 GaN 단결정 입자의 단면 평균 직경을 예 1의 (3)과 같은 방법을 이용하여 측정한 결과, 표면의 단면 평균 직경은 약 75 ㎛, 이면의 단면 평균 직경은 약 60 ㎛였다. 이와 같이 단면 평균 직경은 표면 쪽이 이면보다도 크고, 기판 이면의 단면 평균 직경 DB에 대한 기판 표면의 단면 평균 직경 DT의 비(DT/DB)는 약 1.3이 되었다. 또한, 표면의 단면 평균 직경에 대한 GaN 결정의 두께의 비로서 산출되는 GaN 단결정 입자의 애스펙트비는 약 0.5였다. The volume resistivity was measured by the same method as in Example 1 (3), and the volume resistivity was 1 x 10 < -2 > The average cross-sectional mean diameter of the GaN single crystal grains on the front and back surfaces of the gallium nitride self-supporting substrate was measured by the same method as in Example 1 (3). As a result, the cross-sectional average diameter of the surface was about 75 탆, The average diameter was about 60 탆. Thus the average cross-sectional diameter of the back surface side than the ratio (D T / D B) of large, average diameter of cross-section of the substrate surface for a cross-sectional average diameter D B of the back board D T was about 1.3. The aspect ratio of the GaN single crystal grain calculated as the ratio of the thickness of the GaN crystal to the average cross-sectional surface diameter of the surface was about 0.5.

(3) Ge 도핑 질화갈륨 자립 기판을 이용한 발광 소자의 제작(3) Fabrication of light-emitting device using Ge-doped gallium nitride self-supporting substrate

예 1의 (4a)와 같은 식으로 질화갈륨 자립 기판 상에 발광 기능층을 제작하여, 최외측 표면에 있어서의 단결정 입자의 단면 평균 직경을 측정한 바, 단면 평균 직경은 약 75 ㎛였다. 또한 예 1의 (4b)와 같은 식으로 종형의 발광 소자를 제작한 결과, 캐소드 전극과 애노드 전극 사이의 I-V 측정에 의해 정류성이 확인되고, 순방향의 통전에 의해 파장 450 nm의 발광이 확인되었다. 단, 발광 휘도는 어느 정도 높았지만, 예 8 및 9보다 약한 것을 알 수 있었다. The light-emitting functional layer was fabricated on the gallium nitride self-supporting substrate in the same manner as in Example 1 (4a), and the average cross-sectional average diameter of the single crystal particles on the outermost surface was measured. Further, as a result of producing a vertical-type light-emitting device in the same manner as in Example 1 (4b), rectification property was confirmed by IV measurement between the cathode electrode and the anode electrode, and light emission with a wavelength of 450 nm was confirmed by forward energization . However, the luminescence brightness was somewhat high, but it was found to be weaker than in Examples 8 and 9.

예 11Example 11

질화갈륨계 단결정 입자의 단면 평균 직경을 20 ㎛ 이상으로 하는 것이 발광 효율을 현저히 향상시킨다는 점을 보다 명확하게 확인하기 위해 검증 실험을 했다. 이 검증 실험에서는, 질화갈륨계 단결정 입자의 단면 평균 직경 DT이 2, 3, 13, 16, 20, 35, 42, 50, 72, 90 및 110 ㎛인 각종 질화갈륨 자립 기판을 제작하고, 이것을 이용하여 발광 소자를 제작하여, 가부시키가이샤테크노로그 제조 LED 테스터 LX4681A를 사용하여, 200 A/㎠(칩 사이즈: 1 mm×1 mm, 순방향 전류: 2 A)에 있어서의 발광 휘도를 측정했다. 그 결과는 표 2에 기재하는 것과 같았다. 그리고, 표 2에 기재하는 발광 휘도의 결과로부터 분명한 것과 같이, 단면 평균 직경 DT이 3~16 ㎛인 질화갈륨 자립 기판을 이용한 경우에는 발광 휘도가 0.40~0.42(a.u.)인 것에 비해, 단면 평균 직경 DT이 20 ㎛ 이상인 질화갈륨 자립 기판을 이용하면, 발광 휘도가 0.91 이상(a.u.)으로 현저히 증가하는 것이 확인되었다. 이들 결과는, 20 ㎛인 단면 평균 직경을 경계로 발광 효율이 현저히 향상되는 것을 보여주는 것이 분명하다.A verification experiment was conducted in order to confirm more clearly that the light-emitting efficiency was remarkably improved when the cross-sectional average diameter of the gallium nitride single crystal grains was 20 μm or more. In this verification experiment, various gallium nitride self-supporting substrates having a cross-sectional mean diameter D T of 2, 3, 13, 16, 20, 35, 42, 50, 72, 90 and 110 탆 were manufactured as gallium nitride single crystal particles, And the light emission luminance at 200 A / cm 2 (chip size: 1 mm x 1 mm, forward current: 2 A) was measured using LED tester LX4681A manufactured by Technlog Corporation. The results were as shown in Table 2. As is apparent from the results of the luminescence brightness shown in Table 2, when the gallium nitride self-supporting substrate having a cross-sectional mean diameter D T of 3 to 16 탆 is used, the luminescence brightness is 0.40 to 0.42 (au) It was confirmed that when the gallium nitride self-supporting substrate having a diameter D T of 20 μm or more was used, the luminescence brightness remarkably increased to 0.91 or more (au). These results clearly show that the luminous efficiency is remarkably improved with the cross-sectional mean diameter of 20 占 퐉 as the boundary.

Figure 112015121597319-pct00004
Figure 112015121597319-pct00004

본 발명은 이하의 양태를 포함하는 것이다. The present invention includes the following aspects.

[항 1] 대략 법선 방향으로 단결정 구조를 갖는 복수의 질화갈륨계 단결정 입자로 구성되는 판으로 이루어지는 질화갈륨 자립 기판. [Item 1] A gallium nitride self-standing substrate comprising a plate composed of a plurality of gallium nitride single crystal particles having a single crystal structure in a direction of a normal line.

[항 2] 상기 기판의 최표면에 있어서의 상기 질화갈륨계 단결정 입자의 단면 평균 직경이 0.3 ㎛ 이상인, 항 1에 기재한 질화갈륨 자립 기판. [Item 2] The gallium nitride self-standing substrate according to item 1, wherein the average diameter of the cross-section of the gallium nitride single crystal particles on the outermost surface of the substrate is 0.3 μm or more.

[항 3] 상기 단면 평균 직경이 3 ㎛ 이상인, 항 2에 기재한 질화갈륨 자립 기판. [Item 3] The gallium nitride self-standing substrate according to item 2, wherein the cross-sectional average diameter is 3 占 퐉 or more.

[항 4] 상기 단면 평균 직경이 20 ㎛ 이상인, 항 2에 기재한 질화갈륨 자립 기판. [Item 4] The gallium nitride self-standing substrate according to item 2, wherein the cross-sectional average diameter is 20 m or more.

[항 5] 20 ㎛ 이상의 두께를 갖는, 항 1~4 중 어느 한 항에 기재한 질화갈륨 자립 기판. [Item 5] A gallium nitride self-standing substrate according to any one of items 1 to 4, having a thickness of 20 m or more.

[항 6] 직경 100 mm 이상의 크기를 갖는, 항 1~5 중 어느 한 항에 기재한 질화갈륨 자립 기판. [Item 6] The GaN self-standing substrate according to any one of Items 1 to 5, having a size of 100 mm or more in diameter.

[항 7] 상기 질화갈륨계 단결정 입자가 대략 법선 방향으로 대체로 가지런한 결정 방위를 갖는, 항 1~6 중 어느 한 항에 기재한 질화갈륨 자립 기판. [Item 7] The gallium nitride self-standing substrate according to any one of items 1 to 6, wherein the gallium nitride monocrystalline grains have a crystal orientation substantially aligned in the normal direction.

[항 8] 상기 질화갈륨계 단결정 입자가 n형 도펀트 또는 p형 도펀트로 도핑되어 있는, 항 1~7 중 어느 한 항에 기재한 질화갈륨 자립 기판. [Item 8] The gallium nitride self-standing substrate according to any one of items 1 to 7, wherein the gallium nitride single crystal particle is doped with an n-type dopant or a p-type dopant.

[항 9] 상기 질화갈륨계 단결정 입자가 도펀트를 포함하지 않는, 항 1~7 중 어느 한 항에 기재한 질화갈륨 자립 기판. [Item 9] The gallium nitride self-standing substrate according to any one of items 1 to 7, wherein the gallium nitride single crystal particle does not contain a dopant.

[항 10] 상기 질화갈륨계 단결정 입자가 혼정화되어 있는, 항 1~9 중 어느 한 항에 기재한 질화갈륨 자립 기판. [Item 10] The gallium nitride self-standing substrate according to any one of items 1 to 9, wherein the gallium nitride single crystal particles are mixed.

[항 11] 상기 질화갈륨 자립 기판의 표면에 노출되어 있는 상기 질화갈륨계 단결정 입자가, 상기 질화갈륨 자립 기판의 이면에 입계를 통하지 않고서 연통되어 이루어지는, 항 1~10 중 어느 한 항에 기재한 질화갈륨 자립 기판. [Item 11] The gallium nitride single crystal substrate according to any one of items 1 to 10, wherein the gallium nitride single crystal particles exposed on the surface of the gallium nitride independent substrate are connected to the back surface of the gallium nitride independent substrate through the grain boundaries Gallium nitride self-supporting substrate.

[항 12] 질화갈륨 자립 기판의 이면에 노출되어 있는 질화갈륨계 단결정 입자의 최표면에 있어서의 단면 평균 직경 DB에 대한, 질화갈륨 자립 기판의 표면에 노출되어 있는 질화갈륨계 단결정 입자의 최표면에 있어서의 단면 평균 직경 DT의 비(DT/DB)가 1.0보다도 큰, 항 1~11 중 어느 한 항에 기재한 질화갈륨 자립 기판. [Item 12] A method for producing a gallium nitride single crystal, comprising the steps of: forming a gallium nitride single crystal particle exposed on the surface of a gallium nitride single crystal substrate with respect to a cross-sectional average diameter D B on the outermost surface of the gallium nitride single crystal particle exposed on the back surface of the gallium nitride self- A gallium nitride self-standing substrate according to any one of items 1 to 11, wherein a ratio (D T / D B ) of the cross-sectional mean diameter D T on the surface is larger than 1.0.

[항 13] 상기 질화갈륨 자립 기판의 표면에 노출되어 있는 상기 질화갈륨계 단결정 입자의 최표면에 있어서의 단면 평균 직경 DT에 대한, 상기 질화갈륨 자립 기판의 두께 T의 비로서 규정되는 애스펙트비(T/DT)가 0.7 이상인, 항 1~12 중 어느 한 항에 기재한 질화갈륨 자립 기판. [Item 13] An aspect ratio, defined as a ratio of the thickness T of the gallium nitride free-standing substrate to the cross-sectional average diameter D T on the outermost surface of the gallium nitride single crystal particles exposed on the surface of the gallium nitride independent substrate, (T / D T ) of the GaN substrate is 0.7 or more.

[항 14] 항 1~13 중 어느 한 항에 기재한 질화갈륨 자립 기판과, [Item 14] A GaN substrate as described in any one of items 1 to 13,

상기 기판 상에 형성되고, 대략 법선 방향으로 단결정 구조를 갖는 복수의 반도체 단결정 입자로 구성되는 층을 하나 이상 갖는 발광 기능층Emitting functional layer having at least one layer formed of a plurality of semiconductor single crystal grains formed on the substrate and having a single crystal structure in a substantially normal direction,

을 구비한 발광 소자. Emitting device.

[항 15] 상기 발광 기능층의 최표면에 있어서의 상기 반도체 단결정 입자의 단면 평균 직경이 0.3 ㎛ 이상인, 항 14에 기재한 자립한 발광 소자. [Item 15] The self-supporting light-emitting device according to item 14, wherein the semiconductor single-crystal particle on the outermost surface of the light-emitting functional layer has an average cross-sectional diameter of 0.3 m or more.

[항 16] 상기 단면 평균 직경이 3 ㎛ 이상인, 항 15에 기재한 발광 소자. [Item 16] The light-emitting device according to item 15, wherein the cross-sectional average diameter is 3 占 퐉 or more.

[항 17] 상기 반도체 단결정 입자가, 상기 질화갈륨 자립 기판의 결정 방위를 대체로 따라서 성장한 구조를 갖는, 항 14~16 중 어느 한 항에 기재한 발광 소자. [Item 17] A light-emitting device according to any one of items 14 to 16, wherein the semiconductor single crystal particles have a structure in which the crystal orientation of the gallium nitride self-supporting substrate is substantially grown.

[항 18] 상기 발광 기능층이 질화갈륨계 재료로 구성되는, 항 14~17 중 어느 한 항에 기재한 발광 소자. [Item 18] The light-emitting device according to any one of items 14 to 17, wherein the light-emitting functional layer is made of a gallium nitride-based material.

[항 19] 배향 다결정 소결체를 준비하는 공정과, [Item 19] A method for manufacturing a semiconductor device, comprising the steps of: preparing an oriented polycrystalline sintered body;

상기 배향 다결정 소결체 상에, 질화갈륨으로 이루어지는 종결정층을, 상기 배향 다결정 소결체의 결정 방위를 대체로 따르는 결정 방위를 갖도록 형성하는 공정과, Forming a seed crystal layer made of gallium nitride on the oriented polycrystalline sintered body so as to have a crystal orientation substantially corresponding to the crystal orientation of the oriented polycrystalline sintered body;

상기 종결정층 상에, 두께 20 ㎛ 이상의 질화갈륨계 결정으로 구성되는 층을, 상기 종결정층의 결정 방위를 대체로 따르는 결정 방위를 갖도록 형성하는 공정과, Forming a layer composed of a gallium nitride crystal having a thickness of 20 占 퐉 or more on the seed crystal layer so as to have a crystal orientation substantially corresponding to the crystal orientation of the seed crystal layer;

상기 배향 다결정 소결체를 제거하여, 질화갈륨 자립 기판을 얻는 공정 A step of removing the oriented polycrystalline sintered body to obtain a substrate of gallium nitride self-

을 포함하는 질화갈륨 자립 기판의 제조 방법. Gt; a < / RTI > substrate.

[항 20] 상기 배향 다결정 소결체가 배향 다결정 알루미나 소결체인, 항 19에 기재한 방법. [Item 20] The method according to item 19, wherein the oriented polycrystalline sintered body is an oriented polycrystalline alumina sintered body.

[항 21] 상기 배향 다결정 소결체를 구성하는 입자의 판면에 있어서의 평균 입경이 0.3~1000 ㎛인, 항 19 또는 20에 기재한 방법. [Item 21] The method according to item 19 or 20, wherein the average particle size of the particles constituting the oriented polycrystalline sintered body on the surface of the substrate is 0.3 to 1000 탆.

[항 22] 상기 질화갈륨계 결정으로 구성되는 층이 Na 플럭스법에 의해 형성되는, 항 19~21 중 어느 한 항에 기재한 방법. [Item 22] The method according to any one of items 19 to 21, wherein the layer composed of the gallium nitride crystal is formed by the Na flux method.

[항 23] 상기 배향 다결정 소결체가 투광성을 갖는, 항 19~22 중 어느 한 항에 기재한 방법. [Item 23] The method according to any one of items 19 to 22, wherein the oriented polycrystalline sintered body has translucency.

[항 24] 항 1~13 중 어느 한 항에 기재한 질화갈륨 자립 기판을 준비하거나, 또는 항 19~23 중 어느 한 항에 기재한 방법에 의해 상기 질화갈륨 자립 기판을 준비하는 공정과, [24] A process for preparing the gallium nitride self-supporting substrate described in any one of items 1 to 13, or preparing the gallium nitride self-standing substrate by the method according to any one of items 19 to 23,

상기 질화갈륨 자립 기판에, 상기 질화갈륨 기판의 결정 방위를 대체로 따르는 결정 방위를 갖도록, 대략 법선 방향으로 단결정 구조를 갖는 복수의 반도체 단결정 입자로 구성되는 층을 하나 이상 형성하여 발광 기능층을 설치하는 공정 At least one layer composed of a plurality of semiconductor single crystal particles having a single crystal structure in a substantially normal direction is formed on the gallium nitride free-standing substrate so as to have a crystal orientation substantially corresponding to the crystal orientation of the gallium nitride substrate, fair

을 포함하는 발광 소자의 제조 방법. Emitting device.

[항 25] 상기 발광 기능층이 질화갈륨계 재료로 구성되는, 항 24에 기재한 방법. [Item 25] The method according to item 24, wherein the luminescent functional layer is composed of a gallium nitride-based material.

Claims (46)

법선 방향으로 단결정 구조를 갖는 복수의 질화갈륨계 단결정 입자로 구성되는 판으로 이루어지는 질화갈륨 자립 기판으로서, 상기 질화갈륨 자립 기판의 표면에 노출되어 있는 상기 질화갈륨계 단결정 입자가, 상기 질화갈륨 자립 기판의 이면에 입계를 통하지 않고서 연통되어 이루어지고, 상기 질화갈륨 자립 기판의 이면에 노출되어 있는 질화갈륨계 단결정 입자의 최표면에 있어서의 단면 평균 직경 DB에 대한, 상기 질화갈륨 자립 기판의 표면에 노출되어 있는 질화갈륨계 단결정 입자의 최표면에 있어서의 단면 평균 직경 DT의 비(DT/DB)가 1.0보다도 큰 것인 질화갈륨 자립 기판. Wherein the gallium nitride single crystal particles exposed on the surface of the gallium nitride independent substrate are formed of a plate composed of a plurality of gallium nitride single crystal particles having a single crystal structure in the normal direction, Sectional surface average diameter D B on the outermost surface of the gallium nitride single crystal grains exposed on the back surface of the gallium nitride self-supporting substrate without passing through the grain boundaries on the back surface of the gallium nitride self- Wherein the ratio (D T / D B ) of the cross-sectional average diameter D T on the outermost surface of the exposed gallium nitride monocrystalline grains is greater than 1.0. 제1항에 있어서, 상기 기판의 최표면에 있어서의 상기 질화갈륨계 단결정 입자의 단면 평균 직경이 0.3 ㎛ 이상인 것인 질화갈륨 자립 기판. The gallium nitride self-standing substrate according to claim 1, wherein a cross-sectional average diameter of the gallium nitride single crystal particles on the outermost surface of the substrate is 0.3 占 퐉 or more. 제2항에 있어서, 상기 기판의 최표면에 있어서의 상기 질화갈륨계 단결정 입자의 단면 평균 직경은 3 ㎛ 이상인 것인 질화갈륨 자립 기판.3. The gallium nitride self-standing substrate according to claim 2, wherein a cross-sectional average diameter of the gallium nitride-based single crystal particles on the outermost surface of the substrate is 3 占 퐉 or more. 제2항에 있어서, 상기 기판의 최표면에 있어서의 상기 질화갈륨계 단결정 입자의 단면 평균 직경은 20 ㎛ 이상인 것인 질화갈륨 자립 기판. The gallium nitride self-standing substrate according to claim 2, wherein the average diameter of the cross-section of the gallium nitride single crystal particles on the outermost surface of the substrate is 20 占 퐉 or more. 제1항에 있어서, 20 ㎛ 이상의 두께를 갖는 질화갈륨 자립 기판. The gallium nitride self-supporting substrate according to claim 1, having a thickness of 20 탆 or more. 제1항에 있어서, 직경 100 mm 이상의 크기를 갖는 질화갈륨 자립 기판. The gallium nitride self-supporting substrate according to claim 1, having a size of 100 mm or more in diameter. 제1항에 있어서, 상기 질화갈륨계 단결정 입자는, 법선 방향으로 가지런한 결정 방위를 갖는 것인 질화갈륨 자립 기판. The gallium nitride self-supporting substrate according to claim 1, wherein the gallium nitride single crystal grain has a crystal orientation aligned in the normal direction. 제1항에 있어서, 상기 질화갈륨계 단결정 입자는 n형 도펀트 또는 p형 도펀트로 도핑되어 있는 것인 질화갈륨 자립 기판. The gallium nitride self-supporting substrate according to claim 1, wherein the gallium nitride single crystal particle is doped with an n-type dopant or a p-type dopant. 제1항에 있어서, 상기 질화갈륨계 단결정 입자는 도펀트를 포함하지 않는 것인 질화갈륨 자립 기판. The gallium nitride self-supporting substrate according to claim 1, wherein the gallium nitride single crystal particle does not contain a dopant. 제1항에 있어서, 상기 질화갈륨계 단결정 입자는 혼정화되어 있는 것인 질화갈륨 자립 기판. The gallium nitride self-supporting substrate according to claim 1, wherein the gallium nitride single crystal particles are mixed. 제1항에 있어서, 상기 비(DT/DB)는 1.5 이상인 것인 질화갈륨 자립 기판. The gallium nitride self-supporting substrate according to claim 1, wherein the ratio (D T / D B ) is 1.5 or more. 제1항에 있어서, 상기 질화갈륨 자립 기판의 표면에 노출되어 있는 상기 질화갈륨계 단결정 입자의 최표면에 있어서의 단면 평균 직경 DT에 대한, 상기 질화갈륨 자립 기판의 두께 T의 비로서 규정되는 애스펙트비(T/DT)가 0.7 이상인 것인 질화갈륨 자립 기판. The gallium nitride single crystal substrate according to claim 1, wherein the ratio of the thickness T of the gallium nitride self-supporting substrate to the cross-sectional average diameter D T of the top surface of the gallium nitride single crystal particles exposed on the surface of the gallium nitride self- Wherein the aspect ratio (T / D T ) is 0.7 or more. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 기재한 질화갈륨 자립 기판과,
상기 기판 상에 형성되고, 법선 방향으로 단결정 구조를 갖는 복수의 반도체 단결정 입자로 구성되는 층을 하나 이상 갖는 발광 기능층
을 구비한 발광 소자.
12. A gallium nitride self-standing substrate as set forth in any one of claims 1 to 12,
Emitting functional layer having at least one layer formed of a plurality of semiconductor single crystal grains having a single crystal structure in the normal direction,
Emitting device.
제13항에 있어서, 상기 발광 기능층의 최표면에 있어서의 상기 반도체 단결정 입자의 단면 평균 직경이 0.3 ㎛ 이상인 것인 발광 소자. 14. The light emitting device according to claim 13, wherein a cross-sectional average diameter of the semiconductor single crystal particles on the outermost surface of the light-emitting functional layer is 0.3 占 퐉 or more. 제14항에 있어서, 상기 발광 기능층의 최표면에 있어서의 상기 반도체 단결정 입자의 단면 평균 직경은 3 ㎛ 이상인 것인 발광 소자. 15. The light emitting device according to claim 14, wherein a cross-sectional average diameter of the semiconductor single crystal particles on the outermost surface of the light-emitting functional layer is 3 占 퐉 or more. 제13항에 있어서, 상기 반도체 단결정 입자는, 상기 질화갈륨 자립 기판의 결정 방위를 따라서 성장한 구조를 갖는 것인 발광 소자. 14. The light emitting device according to claim 13, wherein the semiconductor single crystal grain has a structure grown along the crystal orientation of the gallium nitride self-supporting substrate. 제13항에 있어서, 상기 발광 기능층은 질화갈륨계 재료로 구성되는 것인 발광 소자. 14. The light emitting device according to claim 13, wherein the light emitting function layer is made of a gallium nitride-based material. 배향 다결정 소결체를 준비하는 공정과,
상기 배향 다결정 소결체 상에, 질화갈륨으로 이루어지는 종결정층을, 상기 배향 다결정 소결체의 결정 방위를 따르는 결정 방위를 갖도록 형성하는 공정과,
상기 종결정층 상에, 두께 20 ㎛ 이상의 질화갈륨계 결정으로 구성되는 층을, 상기 종결정층의 결정 방위를 따르는 결정 방위를 갖도록 형성하는 공정과,
상기 배향 다결정 소결체를 제거하여, 질화갈륨 자립 기판을 얻는 공정
을 포함하고, 상기 질화갈륨 자립 기판의 표면에 노출되어 있는 질화갈륨계 단결정 입자가, 상기 질화갈륨 자립 기판의 이면에 입계를 통하지 않고서 연통되어 이루어지고, 상기 질화갈륨 자립 기판의 이면에 노출되어 있는 질화갈륨계 단결정 입자의 최표면에 있어서의 단면 평균 직경 DB에 대한, 상기 질화갈륨 자립 기판의 표면에 노출되어 있는 질화갈륨계 단결정 입자의 최표면에 있어서의 단면 평균 직경 DT의 비(DT/DB)가 1.0보다도 큰 것인 질화갈륨 자립 기판의 제조 방법.
Preparing an oriented polycrystalline sintered body,
Forming a seed crystal layer made of gallium nitride on the oriented polycrystalline sintered body so as to have a crystal orientation along the crystal orientation of the oriented polycrystalline sintered body;
Forming a layer composed of a gallium nitride crystal having a thickness of 20 占 퐉 or more on the seed crystal layer so as to have a crystal orientation along the crystal orientation of the seed crystal layer;
A step of removing the oriented polycrystalline sintered body to obtain a substrate of gallium nitride self-
Wherein the gallium nitride single crystal particles exposed on the surface of the gallium nitride free standing substrate are connected to the back surface of the gallium nitride free standing substrate without passing through the grain boundaries and are exposed on the back surface of the gallium nitride free standing substrate The ratio of the cross-sectional average diameter D T on the outermost surface of the gallium nitride single crystal grain exposed on the surface of the gallium nitride independent substrate to the cross-sectional average diameter D B on the outermost surface of the gallium nitride single crystal grain T / D B ) is greater than 1.0.
제18항에 있어서, 상기 배향 다결정 소결체는 배향 다결정 알루미나 소결체인 것인 질화갈륨 자립 기판의 제조 방법. The method of manufacturing a gallium nitride self-supporting substrate according to claim 18, wherein the oriented polycrystalline sintered body is an oriented polycrystalline alumina sintered body. 제18항에 있어서, 상기 배향 다결정 소결체를 구성하는 입자의 판면에 있어서의 평균 입경이 0.3~1000 ㎛인 것인 질화갈륨 자립 기판의 제조 방법. 19. The method of producing a gallium nitride self-supporting substrate according to claim 18, wherein the average particle size of the particles constituting the oriented polycrystalline sintered body is 0.3 to 1000 mu m. 제18항에 있어서, 상기 질화갈륨계 결정으로 구성되는 층은 Na 플럭스법에 의해 형성되는 것인 질화갈륨 자립 기판의 제조 방법. 19. The method of producing a gallium nitride self-supporting substrate according to claim 18, wherein the layer composed of the gallium nitride crystal is formed by the Na flux method. 제18항에 있어서, 상기 배향 다결정 소결체는 투광성을 갖는 것인 질화갈륨 자립 기판의 제조 방법. The method of manufacturing a gallium nitride self-sustaining substrate according to claim 18, wherein the oriented polycrystalline sintered body has translucency. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 기재한 질화갈륨 자립 기판을 준비하거나 또는 제18항 내지 제22항 중 어느 한 항에 기재한 질화갈륨 자립 기판의 제조 방법에 의해 상기 질화갈륨 자립 기판을 준비하는 공정과,
상기 질화갈륨 자립 기판에, 상기 질화갈륨 기판의 결정 방위를 따르는 결정 방위를 갖도록, 법선 방향으로 단결정 구조를 갖는 복수의 반도체 단결정 입자로 구성되는 층을 하나 이상 형성하여 발광 기능층을 설치하는 공정
을 포함하는 발광 소자의 제조 방법.
A gallium nitride self-standing substrate according to any one of claims 1 to 12, or a method for manufacturing a gallium nitride self-standing substrate according to any one of claims 18 to 22, ; A step
Forming a light emitting functional layer by forming at least one layer composed of a plurality of semiconductor single crystal particles having a single crystal structure in a normal direction so as to have a crystal orientation along the crystal orientation of the gallium nitride substrate,
Emitting device.
제23항에 있어서, 상기 발광 기능층은 질화갈륨계 재료로 구성되는 것인 발광 소자의 제조 방법. The method of manufacturing a light emitting device according to claim 23, wherein the light emitting function layer is made of a gallium nitride-based material. 법선 방향으로 단결정 구조를 갖는 복수의 질화갈륨계 단결정 입자로 구성되는 판으로 이루어지는 질화갈륨 자립 기판으로서, 상기 질화갈륨 자립 기판의 표면에 노출되어 있는 상기 질화갈륨계 단결정 입자가, 상기 질화갈륨 자립 기판의 이면에 입계를 통하지 않고서 연통되어 이루어지고, 상기 기판의 최표면에 있어서의 상기 질화갈륨계 단결정 입자의 단면 평균 직경이 20 ㎛ 이상 1000 ㎛ 이하인 것인 질화갈륨 자립 기판. Wherein the gallium nitride single crystal particles exposed on the surface of the gallium nitride independent substrate are formed of a plate composed of a plurality of gallium nitride single crystal particles having a single crystal structure in the normal direction, Wherein a cross-sectional average diameter of the gallium nitride single crystal grain on the outermost surface of the substrate is not less than 20 占 퐉 and not more than 1000 占 퐉. 제25항에 있어서, 상기 단면 평균 직경은 50 ㎛ 이상 500 ㎛ 이하인 것인 질화갈륨 자립 기판. The gallium nitride self-supporting substrate according to claim 25, wherein said cross-sectional average diameter is not less than 50 탆 and not more than 500 탆. 제25항에 있어서, 20 ㎛ 이상의 두께를 갖는 질화갈륨 자립 기판. 26. The gallium nitride self-supporting substrate of claim 25, wherein the substrate has a thickness of at least 20 mu m. 제25항에 있어서, 직경 100 mm 이상의 크기를 갖는 질화갈륨 자립 기판. 26. The gallium nitride self-supporting substrate of claim 25, wherein the substrate has a size of at least 100 mm in diameter. 제25항에 있어서, 상기 질화갈륨계 단결정 입자는 법선 방향으로 가지런한 결정 방위를 갖는 것인 질화갈륨 자립 기판. The gallium nitride self-supporting substrate according to claim 25, wherein the gallium nitride single crystal grain has a crystal orientation aligned in the normal direction. 제25항에 있어서, 상기 질화갈륨계 단결정 입자는 n형 도펀트 또는 p형 도펀트로 도핑되어 있는 것인 질화갈륨 자립 기판. The gallium nitride self-supporting substrate according to claim 25, wherein the gallium nitride single crystal particle is doped with an n-type dopant or a p-type dopant. 제25항에 있어서, 상기 질화갈륨계 단결정 입자는 도펀트를 포함하지 않는 것인 질화갈륨 자립 기판. The gallium nitride self-supporting substrate according to claim 25, wherein the gallium nitride-based single crystal particles do not contain a dopant. 제25항에 있어서, 상기 질화갈륨계 단결정 입자는 혼정화되어 있는 것인 질화갈륨 자립 기판. The gallium nitride self-supporting substrate according to claim 25, wherein the gallium nitride single crystal particles are mixed. 제25항에 있어서, 질화갈륨 자립 기판의 이면에 노출되어 있는 질화갈륨계 단결정 입자의 최표면에 있어서의 단면 평균 직경 DB에 대한, 질화갈륨 자립 기판의 표면에 노출되어 있는 질화갈륨계 단결정 입자의 최표면에 있어서의 단면 평균 직경 DT의 비(DT/DB)는 1.0보다도 큰 것인 질화갈륨 자립 기판. The gallium nitride single crystal according to claim 25, wherein the gallium nitride single crystal particles exposed on the back surface of the gallium nitride free standing substrate have an average diameter D B of the cross section on the outermost surface of the gallium nitride single crystal particles, (D T / D B ) of the cross-sectional average diameter D T at the outermost surface of the gallium nitride substrate is larger than 1.0. 제25항에 있어서, 상기 질화갈륨 자립 기판의 표면에 노출되어 있는 상기 질화갈륨계 단결정 입자의 최표면에 있어서의 단면 평균 직경 DT에 대한, 상기 질화갈륨 자립 기판의 두께 T의 비로서 규정되는 애스펙트비(T/DT)는 0.7 이상인 것인 질화갈륨 자립 기판. 26. The method according to claim 25, wherein the ratio of the thickness T of the gallium nitride self-supporting substrate to the cross-sectional average diameter D T on the outermost surface of the gallium nitride single crystal particles exposed on the surface of the gallium nitride self- Wherein the aspect ratio (T / D T ) is 0.7 or more. 제25항 내지 제34항 중 어느 한 항에 기재한 질화갈륨 자립 기판과,
상기 기판 상에 형성되고, 법선 방향으로 단결정 구조를 갖는 복수의 반도체 단결정 입자로 구성되는 층을 하나 이상 갖는 발광 기능층
을 구비한 발광 소자.
A method of manufacturing a gallium nitride self-standing substrate according to any one of claims 25 to 34,
Emitting functional layer having at least one layer formed of a plurality of semiconductor single crystal grains having a single crystal structure in the normal direction,
Emitting device.
제35항에 있어서, 상기 발광 기능층의 최표면에 있어서의 상기 반도체 단결정 입자의 단면 평균 직경은 20 ㎛ 이상인 것인 발광 소자. 36. The light emitting device according to claim 35, wherein a cross-sectional average diameter of the semiconductor single crystal particles on the outermost surface of the light-emitting function layer is 20 占 퐉 or more. 제36항에 있어서, 상기 발광 기능층의 최표면에 있어서의 상기 반도체 단결정 입자의 단면 평균 직경은 50 ㎛ 이상인 것인 발광 소자. 37. The light emitting device according to claim 36, wherein a cross-sectional average diameter of the semiconductor single crystal particles on the outermost surface of the light-emitting functional layer is 50 占 퐉 or more. 제35항에 있어서, 상기 반도체 단결정 입자는, 상기 질화갈륨 자립 기판의 결정 방위를 따라서 성장한 구조를 갖는 것인 발광 소자. 36. The light emitting device according to claim 35, wherein the semiconductor single crystal grain has a structure grown along the crystal orientation of the gallium nitride self-supporting substrate. 제35항에 있어서, 상기 발광 기능층은 질화갈륨계 재료로 구성되는 것인 발광 소자. 36. The light emitting device according to claim 35, wherein the light emitting function layer is made of a gallium nitride-based material. 배향 다결정 소결체를 준비하는 공정과,
상기 배향 다결정 소결체 상에, 질화갈륨으로 이루어지는 종결정층을, 상기 배향 다결정 소결체의 결정 방위를 따르는 결정 방위를 갖도록 형성하는 공정과,
상기 종결정층 상에, 두께 20 ㎛ 이상의 질화갈륨계 결정으로 구성되는 층을, 상기 종결정층의 결정 방위를 따르는 결정 방위를 갖도록 형성하는 공정과,
상기 배향 다결정 소결체를 제거하여, 질화갈륨 자립 기판을 얻는 공정
을 포함하고, 상기 질화갈륨 자립 기판의 표면에 노출되어 있는 질화갈륨계 단결정 입자가, 상기 질화갈륨 자립 기판의 이면에 입계를 통하지 않고서 연통되어 이루어지고, 상기 기판의 최표면에 있어서의 질화갈륨계 단결정 입자의 단면 평균 직경이 20 ㎛ 이상 1000 ㎛ 이하인 것인 질화갈륨 자립 기판의 제조 방법.
Preparing an oriented polycrystalline sintered body,
Forming a seed crystal layer made of gallium nitride on the oriented polycrystalline sintered body so as to have a crystal orientation along the crystal orientation of the oriented polycrystalline sintered body;
Forming a layer composed of a gallium nitride crystal having a thickness of 20 占 퐉 or more on the seed crystal layer so as to have a crystal orientation along the crystal orientation of the seed crystal layer;
A step of removing the oriented polycrystalline sintered body to obtain a substrate of gallium nitride self-
Wherein the gallium nitride single crystal particles exposed on the surface of the gallium nitride self-supporting substrate are communicated with the back surface of the gallium nitride self-supporting substrate without passing through grain boundaries, Wherein a cross-sectional average diameter of the single crystal grain is not less than 20 占 퐉 and not more than 1,000 占 퐉.
제40항에 있어서, 상기 배향 다결정 소결체는 배향 다결정 알루미나 소결체인 것인 질화갈륨 자립 기판의 제조 방법. 41. The method of manufacturing a gallium nitride self-supporting substrate according to claim 40, wherein the oriented polycrystalline sintered body is an oriented polycrystalline alumina sintered body. 제40항에 있어서, 상기 배향 다결정 소결체를 구성하는 입자의 판면에 있어서의 평균 입경은 0.3~1000 ㎛인 것인 질화갈륨 자립 기판의 제조 방법. 41. The method of producing a gallium nitride self-sustaining substrate according to claim 40, wherein the average particle size of the particles constituting the oriented polycrystalline sintered body is 0.3 to 1000 mu m. 제40항에 있어서, 상기 질화갈륨계 결정으로 구성되는 층은 Na 플럭스법에 의해 형성되는 것인 질화갈륨 자립 기판의 제조 방법. 41. The method of producing a gallium nitride self-supporting substrate according to claim 40, wherein the layer composed of the gallium nitride crystal is formed by the Na flux method. 제40항에 있어서, 상기 배향 다결정 소결체는 투광성을 갖는 것인 질화갈륨 자립 기판의 제조 방법. 41. The method of manufacturing a gallium nitride self-sustaining substrate according to claim 40, wherein the oriented polycrystalline sintered body has translucency. 제25항 내지 제34항 중 어느 한 항에 기재한 질화갈륨 자립 기판을 준비하거나, 또는 제40항 내지 제44항 중 어느 한 항에 기재한 질화갈륨 자립 기판의 제조방법에 의해 상기 질화갈륨 자립 기판을 준비하는 공정과,
상기 질화갈륨 자립 기판에, 상기 질화갈륨 기판의 결정 방위를 따르는 결정 방위를 갖도록, 법선 방향으로 단결정 구조를 갖는 복수의 반도체 단결정 입자로 구성되는 층을 하나 이상 형성하여 발광 기능층을 설치하는 공정
을 포함하는 발광 소자의 제조 방법.
A gallium nitride self-standing substrate according to any one of claims 25 to 34, or a method for manufacturing a gallium nitride self-standing substrate according to any one of claims 40 to 44, A step of preparing a substrate,
Forming a light emitting functional layer by forming at least one layer composed of a plurality of semiconductor single crystal particles having a single crystal structure in a normal direction so as to have a crystal orientation along the crystal orientation of the gallium nitride substrate,
Emitting device.
제45항에 있어서, 상기 발광 기능층은 질화갈륨계 재료로 구성되는 것인 발광 소자의 제조 방법. The method of manufacturing a light-emitting device according to claim 45, wherein the light-emitting functional layer is made of a gallium nitride-based material.
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