13族元素氮化物结晶基板及功能元件的制作方法

本发明涉及13族元素氮化物结晶基板及使用了该13族元素氮化物结晶基板的功能元件。本发明能够用在例如要求高品质的技术领域、例如代替荧光灯的被称之为新一代光源的高彩色再现性的蓝色led、高速高密度光存储器用蓝紫色激光器、混合动力汽车用逆变器中使用的大功率器件等之中。

背景技术：

随着白色led的用途扩大，要求led芯片进一步高性能化。所谓高性能化，是指高效率化、高亮度化。作为氮化镓自立基板的制法，熟知hvpe法。其中，作为得到高品质结晶的方法，公开了deep法(专利文献1、非专利文献1)、vas法(专利文献2、3)。

助熔剂法是液相法中的一种，在氮化镓的情况下，通过使用金属钠作为助熔剂，能够将氮化镓的结晶生长所需的温度缓和到800℃左右，将压力缓和到几mpa。具体而言，在金属钠与金属镓的混合熔液中溶解氮气，氮化镓达到过饱和状态而以结晶的形式生长。这样的液相法因为与气相法相比不容易发生位错，所以能够获得位错密度低的高品质氮化镓(专利文献4)。

现有技术文献

非专利文献

非专利文献1：seitechnicalreview2009年7月第175期、p.10～18“窒化ガリウム基板の開発(氮化镓基板的开发)”

专利文献

专利文献1：日本特许-3801125

专利文献2：日本特许-3631724

专利文献3：日本特许-4396816

专利文献4：日本特开2009-012986

技术实现要素：

为了制作led、激光二极管，13族元素氮化物结晶层必须具有高导电性。因此，本发明的发明人尝试在该结晶层中掺杂(dope)si、氧等掺杂物(dopant)，由此，使结晶层的导电性得到提高，使得输出增大。

但是，实际上即使是改善了所述结晶层的导电性的情况下，也观察到如下现象：例如在纵型结构的led中即便使电流增加，光输出也没有增加。

本发明的课题是：在13族元素氮化物结晶基板中获得所希望的导电性，并且，有效利用13族元素氮化物结晶的导电性而使功能得到提高。

本发明所涉及的结晶基板的特征在于，包括：

基底层，由13族元素氮化物结晶形成，具有第一主面和第二主面，以及，

厚膜，由13族元素氮化物形成，设置在基底层的所述第一主面上，

基底层包含：在第一主面与所述第二主面之间延伸的、低载流子浓度区域和高载流子浓度区域，低载流子浓度区域的载流子浓度为10¹⁷/cm³以下，低载流子浓度区域的缺陷密度为10⁷/cm²以下，高载流子浓度区域的载流子浓度为10¹⁹/cm³以上，高载流子浓度区域的缺陷密度为10⁸/cm²以上，厚膜的载流子浓度为10¹⁸/cm³～10¹⁹/cm³，厚膜的缺陷密度为10⁷/cm²以下。

另外，本发明包括：所述结晶基板、及形成在结晶基板上的功能层，所述功能层由13族元素氮化物形成。

例如，为了制作纵型结构的led、激光二极管，必须具有高导电性。但是，判明为了赋予导电性而将si、氧等掺杂物掺杂到13族元素氮化物结晶中时，很难均匀地掺杂到晶片的整面。另外，掺杂量多的区域结晶性劣化，位错密度增大。

并且，详细地考察了上述电流泄漏的机制，结果彻底查明了：13族元素氮化物结晶基板的截面结构中，导电性高的区域的结晶性劣化，并且，电流容易流动，因此，局部地发生电流集中，结果导致电流泄漏的发生。即，以显微镜热成像仪成功观察到发生电流集中的位置的温度升高。

进而，确认了：在结晶基板的截面结构中，高载流子浓度区域的缺陷也相对较多，容易发生电流泄漏，并且，该高载流子浓度区域以贯穿基板的方式呈柱状在结晶基板的表面与背面之间进行延伸。同时，确认了：低载流子浓度区域也以贯穿基板的方式呈柱状在结晶基板的表面与背面之间进行延伸。这意味着容易通过高载流子浓度区域发生电流集中。

应予说明，迄今，施加到led芯片上的电流密度增加时的发光效率的降低减少被称之为效率下降(droop)现象，有报道称其原因在于载流子溢出(carrieroverflow)、非辐射复合、俄歇复合(augerrecombination)等。但是，这些主要是横型led结构中的现象。

本发明的发明人发现的上述现象是与效率下降现象不同的现象，迄今完全没有被报道过，是新发现的见解。基于上述观察，首次发现局部发生电流集中。

基于该发现，本发明人发现通过在由13族元素氮化物形成的基底层上再培养13族元素氮化物结晶而形成厚膜，并精心设计此时的培养条件，能够促进厚膜中缺陷的缔合。由此，结晶基板中柱状的高载流子浓度区域在厚膜中分散，载流子比较均匀地分布，在cl中显示比较均匀的发光。通过在基底层上设置具有这样的截面结构的厚膜，成功地抑制了在结晶基板的一对主面间的电流泄漏。由此，即使增加施加到结晶基板上的电压也会抑制电流泄漏，因此，能够有效利用结晶基板的导电性而使功能得到提高。

附图说明

图1中，(a)是表示本发明的实施方式所涉及的结晶基板1的示意图，(b)是表示在基板1上形成有功能元件结构6的功能元件16的示意图。

图2中，(a)表示在支撑基板11上设置有晶种膜12的状态，(b)表示在晶种膜12上设置有由13族元素氮化物结晶形成的基底层13的状态，(c)表示在基底层13上设置有厚膜14的状态。

图3中，(a)是表示在晶种12上产生的核20的示意图，(b)是表示自核20进行生长的方向的示意图。

图4中，(a)是表示将基底层13以及厚膜14与晶种膜分离后的状态，(b)是表示对(a)的基底层13以及厚膜14进行研磨加工而得到的结晶基板1。

具体实施方式

以下，适当参照附图，对本发明进一步进行说明。

(结晶基板)

优选的实施方式中，如图1(a)所示，在由13族元素氮化物形成的基底层2上形成有由13族元素氮化物形成的厚膜3。基底层2具有第一主面2a以及第二主面2b。在基底层2的第一主面2a上设置有厚膜3。

基底层2包含：在第一主面2a与第二主面2b之间贯穿的低载流子浓度区域5和高载流子浓度区域4。确认了各区域4、5分别是在第一主面与第二主面之间贯穿基底层2而生成的。

此处，低载流子浓度区域5的载流子浓度为10¹⁷/cm³以下，低载流子浓度区域5的缺陷密度为10⁷/cm²以下。另外，高载流子浓度区域4的载流子浓度为10¹⁹/cm³以上，高载流子浓度区域4的缺陷密度为10⁸/cm²以上。由前述的机制发现：掺杂物集中在高载流子浓度区域从而使得载流子浓度升高，并且，缺陷也集中在相同区域，且在基底层的主面之间以贯穿基底层的方式进行延伸。

在此，低载流子浓度区域的载流子浓度优选为8×10¹⁶/cm³以下。另外，存在如上所述的高载流子浓度区域的基底层中，多数情况下低载流子浓度区域的载流子浓度为1×10¹⁷/cm³以下、1×10¹⁶/cm³以上。另外，低载流子浓度区域的缺陷密度优选为8×10⁶/cm²以下。另外，多数情况下低载流子浓度区域的缺陷密度为2×10⁶/cm²以上。

另外，高载流子浓度区域4的载流子浓度为10¹⁹/cm³以上，优选为2×10¹⁹/cm³以上。另外，存在如上所述的低载流子浓度区域的基底层中，多数情况下高载流子浓度区域的载流子浓度为5×10¹⁹/cm³以下。另外，高载流子浓度区域的缺陷密度优选为5×10⁷/cm²以下。

本发明中，厚膜3的载流子浓度为10¹⁸/cm³～10¹⁹/cm³，厚膜的缺陷密度为10⁷/cm²以下。厚膜的缺陷密度低时较为理想，但是，因为设置在上述构成的基底层上，所以，多数情况下，厚膜的缺陷密度为2×10⁶/cm²以上。

在此，掺杂物为n型掺杂物(si、ge、氧等)的情况下，由于活化率高达98％以上，所以可以将掺杂物浓度看作载流子浓度。以下，从防止由电流集中导致的泄漏的本发明的观点考虑，记载为“载流子浓度”，但是，还可以将活化率大体视为100％，将其称为“掺杂物浓度”。

本发明中，如下测定并识别高载流子浓度区域及低载流子浓度区域。

使用阴极发光测定器(例如、(株)堀场制作所制mp系列)，倍率为50～500倍，使图像拍摄区域为0.1～1mm见方。

按照实施例中记载的方法及条件来测定载流子浓度及缺陷密度。

构成基底层以及厚膜的13族元素是指iupac制定的元素周期表中的第13族元素。具体而言，13族元素为镓、铝、铟、铊等。该13族元素氮化物特别优选为氮化镓、氮化铝、氮化镓铝。另外，作为添加剂，可以举出：碳、低熔点金属(锡、铋、银、金)、高熔点金属(铁、锰、钛、铬等过渡金属)。

厚膜中，必须使缺陷缔合，防止高载流子浓度区域贯穿至厚膜表面。从该观点考虑，厚膜的厚度t3优选为1μm以上，更优选为50μm以上，最优选为100μm以上。另外，如果厚膜的厚度t3过厚，则作为整体的导电性降低，因此，厚膜的厚度优选为300μm以下，更优选为200μm以下。

从结晶基板的操作的容易性的观点考虑，基底层的厚度t2优选为50μm以上。另外，从导电性的观点考虑，基底层的厚度优选为200μm以下。

另外，基底层和厚膜相加得到的结晶基板的总厚度(t2+t3)优选为250～450μm。

(功能层及功能元件)

通过在厚膜的表面上形成规定的功能层，能够得到功能元件。

该功能层可以为单层，也可以为多层。另外，作为功能，可用于高亮度、高彩色再现性的白色led、高速高密度光存储器用蓝紫色激光光盘、混合动力汽车用逆变器中使用的大功率器件等。

在结晶基板上，通过气相法、优选有机金属化学气相生长(mocvd)法制作半导体发光二极管(led)时，led内部的位错密度与结晶基板的厚膜相同。

例如，从抑制引入碳等不需要的杂质的观点考虑，功能层的成膜温度优选为950℃以上，更优选为1000℃以上。另外，从抑制缺陷的观点考虑，功能层的成膜温度优选为1200℃以下，更优选为1150℃以下。

功能层的材质优选13族元素氮化物。所谓13族元素，是指iupac制定的元素周期表中的第13族元素。具体而言，13族元素为镓、铝、铟、铊等。

发光元件结构例如具备n型半导体层、设置在该n型半导体层上的发光区域以及设置在该发光区域上的p型半导体层。图1(b)的发光元件16中，在结晶基板的厚膜3上形成有n型接触层6a、n型包层6b、活性层6c、p型包层6d、p型接触层6e，构成发光元件结构6。

另外，上述发光元件结构中可以进一步设置没有图示的n型半导体层用的电极、p型半导体层用的电极、导电性接合层、缓冲层、导电性支撑体等。

本发光元件结构中，如果通过从半导体层注入的空穴和电子的复合而在发光区域发光，则从p型半导体层上的透光性电极或13族元素氮化物单晶膜侧引出光。应予说明，透光性电极是指形成在p型半导体层的大致整面的由金属薄膜或透明导电膜形成的透光性电极。

构成n型半导体层、p型半导体层的半导体的材质包括iii-v族系化合物半导体，可以列举如下材料。

alyinxga1-x-yn(0≤x≤1、0≤y≤1)

作为用于赋予n型导电性的掺杂材料，可以举出硅、锗、氧。另外，作为用于赋予p型导电性的掺杂材料，可以举出镁、锌。

构成发光结构的各半导体层的生长方法可以举出各种气相生长方法。例如可以采用有机金属化学气相生长法(mocvd(movpe)法)、分子束外延法(mbe法)、氢化物气相生长法(hvpe法)等。其中，利用mocvd法时，能够得到各半导体层的结晶性、平坦度良好的产品。mocvd法中，作为ga源，多使用tmg(三甲基镓)、teg(三乙基镓)等烷基金属化合物，作为氮源，使用氨、肼等气体。

发光区域包含量子阱活性层。量子阱活性层的材料设计成带隙比n型半导体层以及p型半导体层的材料小。量子阱活性层可以为单一量子阱(sqw)结构，也可以为多量子阱(mqw)结构。量子阱活性层的材质可以列举如下。

作为量子阱活性层的优选例，可以举出将作为alxga1-xn/alyga1-yn系量子阱活性层(x＝0.15、y＝0.20)的、膜厚分别为3nm/8nm的量子阱活性层以3～10个周期形成而得到的mqw结构。

(结晶层的制造)

优选的实施方式中，在晶种上顺次形成基底层、厚膜。晶种可以由其自身形成自立基板(支撑基板)或者也可以为形成在另一支撑基板上的晶种膜。该晶种膜可以为一层，或者也可以在支撑基板侧包含缓冲层。

例如图2(a)所示，在支撑基板11的表面11a形成晶种膜12。晶种膜12由13族元素氮化物形成。

在支撑基板上形成晶种膜的情况下，构成支撑基板的单晶的材质没有限定，可以举出：蓝宝石、aln模板、gan模板、gan自立基板、硅单晶、sic单晶、mgo单晶、尖晶石(mgal2o4)、lialo2、ligao2、laalo3、lagao3、ndgao3等钙钛矿型复合氧化物、scam(scalmgo4)。另外，还可以使用组成式为〔a1－y(sr1－xbax)y〕〔(al1－zgaz)1－u·du〕o3(a为稀土元素；d为从由铌及钽构成的组中选择的一种以上元素；y＝0.3～0.98；x＝0～1；z＝0～1；u＝0.15～0.49；x+z＝0.1～2)的立方晶系的钙钛矿结构复合氧化物。

13族元素氮化物结晶层的培养方向可以是纤锌矿结构的c面的法线方向，另外也可以是a面、m面各自的法线方向。

从降低设置在晶种上的基底层的位错密度的观点考虑，希望晶种表面12a的位错密度低。从该观点考虑，晶种的表面12a的位错密度优选为7×10⁸cm^-2以下，更优选为5×10⁸cm^-2以下。另外，从品质方面考虑，晶种的位错密度越低越良好，所以，对下限没有特别限定，一般多为5×10⁷cm^-2以上。

晶种层的制法没有特别限定，可以举出：有机金属化学气相生长(mocvd：metalorganicchemicalvapordeposition)法、氢化物气相生长(hvpe)法、脉冲激发堆积(pxd)法、mbe法、升华法等气相法、助熔剂法等液相法。

接下来，如图2(b)所示，在晶种12上形成基底层13。接下来，如图2(c)所示，在基底层13的表面13a上形成厚膜14。

优选的实施方式中，通过助熔剂法培养基底层以及厚膜。此时，关于助熔剂的种类，只要能够生成13族元素氮化物即可，没有特别限定。优选的实施方式中，使用包含碱金属和碱土金属中的至少一方的助熔剂，特别优选包含金属钠的助熔剂。

在助熔剂中混合13族元素的原料物质，进行使用。作为该原料物质，可使用金属单质、合金、化合物，从操作方面考虑，优选13族元素的金属单质。

以助熔剂法形成基底层的情况下，为了促进纵向的生长，使过饱和度尽可能地低，并且抑制熔液的对流，由此，使其尽量仅以浓度梯度为驱动力进行结晶生长。从而，抑制核的形成，如图3(b)所示，自核20朝向上方进行结晶生长(箭头c)。

具体而言，优选通过以下方法培养基底层。

(1a)通过提高坩埚内的熔液的平均培养温度来增大过饱和度，从而抑制核20的形成(参照图3(a))。

(2a)通过将坩埚的上部保持在比坩埚的底部高的温度来抑制熔液在坩埚内的对流。

(3a)不对熔液进行搅拌，或者减小搅拌速度。

(4a)降低含氮气体的分压。

例如，可适用如下条件。

(1a)使坩埚内的熔液的平均培养温度为870～885℃。

(2a)保持坩埚的上部的温度比坩埚的底部的温度高0.5～1℃。

(3a)不对熔液进行搅拌，或者使搅拌速度为30rpm以下。另外，使搅拌方向为单向。

(4a)使含氮气体的分压为3.5～3.8mpa。

该条件下，在高载流子浓度区域内存在更多的结晶缺陷。这是因为：以柱状自下而上结晶生长的结构中，掺杂物较多的部位存在载流子、结晶缺陷均增加的倾向。

此处所称结晶缺陷是指穿透位错(threadingdislocation)。穿透位错中，包括螺旋位错(screwdislocation)、刃型位错(edgedislocation)及它们的混合位错(mixeddislocation)这3种。可以通过透射电子显微镜(tem)或者阴极发光(cl)来确认这些位错。

接下来，利用助熔剂法在相同的熔液中再生长13族元素氮化物，由此能够形成前述的厚膜。

即，通过变更培养条件来提高结晶生长速度。结果，如图3(b)所示，结晶生长21主要为横向生长(箭头a、b)。

在厚膜形成阶段，优选如下进行。

(1b)使坩埚内的熔液的平均培养温度为850～860℃。另外，使与初期阶段的平均培养温度差为10～25℃。

(3b)对熔液进行搅拌，并定期地变更搅拌方向。此外，在改变旋转方向时，使坩埚的旋转停止。这种情况下，旋转停止时间优选为100秒～6000秒，更优选为600秒～3600秒。另外，旋转停止时间前后的旋转时间优选为10秒～600秒，旋转速度优选为10～30rpm。

(4b)使含氮气体的分压为4.0～4.2mpa。另外，使其比初期阶段中的含氮气体的分压高0.2～0.5mpa。

此处，优选在厚膜形成阶段慢慢地改变制造条件，由此，获取低位错区域和载流子浓度的平衡。具体而言，使熔液的搅拌速度慢慢地上升，或者使搅拌时在最高旋转速度下的保持时间慢慢地延长。

由此，结晶缺陷伴随结晶生长而从与基底层相接的下侧主面朝向表面边缔合边延伸。从而，载流子浓度以及缺陷密度比较均匀地分配到厚膜中，能够抑制漏电流集中。

助熔剂法中，在包含含有氮原子的气体的气氛下对单晶进行培养。该气体优选氮气，不过，也可以为氨气。气氛中的含有氮原子的气体以外的气体没有限定，但是，优选惰性气体，特别优选氩气、氦气、氖气。

在培养基底层的阶段，优选在上述的(1a)～(4a)的条件下，保持1小时以上，更优选保持2小时以上。另外，在培养基底层的阶段的保持时间优选为10小时以下。

从本发明的观点考虑，优选熔液中的13族元素氮化物/助熔剂(例如钠)的比率(mol比率)较高，优选为18mol％以上，更优选为25mol％以上。但是，如果该比例过大，则存在结晶品质下降的倾向，因此，优选为40mol％以下。

(气相法)

例如hvpe法的情况下，在生长初期阶段，使氢混合比较高(例如50％以上)、生长速度较慢(例如10～20微米/hr)，从图3(a)成为向图3(b)的箭头c方向优先生长的状态，然后，降低氢混合比(例如30％以下)、提高v/iii比(例如2000以上)，由此成为向图3(b)的箭头a、b的方向优先生长的状态。

以助熔剂法生长的13族元素氮化物，在照射波长330～385nm的光(例如汞灯的光)时，发出在波长440～470nm处具有峰的荧光(蓝色的荧光)。与此相对，通过气相法制作的13族元素氮化物，在照射波长330～385nm的光时，发出在波长540～580nm处具有峰的荧光(黄色的荧光)。因此，能够通过照射波长330～385nm的光时发出的荧光的颜色来区分由助熔剂法得到的13族元素氮化物和由气相法得到的13族元素氮化物。

(结晶层的加工及形态)

如图2(b)(c)所示，在晶种上形成结晶基板1a后，可以在厚膜14的表面14a上形成规定的功能层。或者，通过磨削加工、剥离法等从晶种12上除去结晶基板1a，由此，如图4(a)所示，能够得到结晶基板1a。这种情况下，在分离得到的结晶基板1a的厚膜14上设置规定的功能层。此时，通过对基底层13的底面13b实施研磨加工，能够减少结晶基板的翘曲。

或者，可以对厚膜14的表面14a进行研磨，由此，如图4(b)所示，使厚膜3的表面3a成为研磨面。另外，此时，可以通过对基底层13的底面13b实施研磨加工，如图4(b)所示，使研磨面2的底面2a成为研磨面。

优选的实施方式中，13族元素氮化物结晶层为圆板状，还可以为方板等其它形态。另外，优选的实施方式中，结晶层的尺寸为直径φ25mm以上。由此，能够提供适合功能元件的量产且容易操作的结晶层。

说明对13族元素氮化物结晶层的表面进行磨削、研磨加工的情况。

磨削(grinding)是指一边使将研磨粒子用粘合剂固定而得到的固定研磨粒子高速旋转，一边使其接触对象物，对对象物的表面进行磨削。通过这样的磨削，形成粗糙面。在对氮化镓基板的底面进行磨削的情况下，优选使用包含由硬度高的sic、al2o3、金刚石以及cbn(立方氮化硼、下同)等形成的、粒径为10μm～100μm左右的研磨粒子的固定研磨粒子。

另外，研磨(lapping)是指使平台和对象物间隔着游离研磨粒子(没有被固定的研磨粒子、下同)彼此边旋转边接触，或使固定研磨粒子和对象物彼此边旋转边接触，对对象物的表面进行研磨。通过这样的研磨，能够形成面粗糙度比磨削时小且比微研磨(polishing)时粗糙的面。优选使用由硬度高的sic、al2o3、金刚石以及cbn等形成的、粒径为0.5μm～15μm左右的研磨粒子。

微研磨(polishing)是指使研磨垫和对象物间隔着游离研磨粒子彼此边旋转边接触，或使固定研磨粒子和对象物彼此边旋转边接触，对对象物的表面进行微细研磨而平滑化。通过这样的微研磨，能够形成面粗糙度比研磨时小的结晶生长面。

实施例

[实施例]

按照参照图1～图4所说明的顺序，制作结晶基板及发光元件。

(晶种基板的制造)

使用mocvd法，在直径2英寸、厚度500μm的c面蓝宝石基板11上，于530℃沉积低温gan缓冲层20nm，然后，于1050℃层叠厚度2μm的由gan形成的晶种膜12。通过tem进行观察得到的缺陷密度为1×10⁹/cm²。用有机溶剂、超纯水分别超声波清洗10分钟后，进行干燥，将其作为晶种基板。

(基底层的生长)

在填充有惰性气体的手套箱中，按摩尔比20：80称量金属ga和金属na，与晶种基板一同配置在氧化铝制坩埚的底部。进而，作为掺杂物，添加相对于ga而言为1mol/cm³的量的液体锗原料。将3个该坩埚堆起来，收纳在不锈钢制保持容器(内部容器)中，再将4个收纳有多层坩埚的该内部容器堆起来，收纳在不锈钢制保持容器(内容器)中。

接下来，通过使设置在耐压容器内部的加热器发热，使坩埚内的原料熔解，产生ga-na混合熔液。一边加热使坩埚温度达到880℃，一边从氮气瓶中导入氮气直至达到4.0mpa，开始结晶生长。5小时后，将坩埚温度经20分钟降温至850℃，使压力变为4.2mpa，同时开始通过旋转台的连续反转进行搅拌，从而改变结晶生长模式。然后，经30分钟使压力变为4.0mpa，继续通过旋转台的连续反转进行搅拌，使其进行结晶生长。旋转条件如下：使其以20rpm的速度绕着中心轴以一定周期的顺时针和逆时针进行旋转。加速时间＝6秒、保持时间＝200秒、减速时间＝6秒、停止时间＝1秒。在该状态下保持24小时。gan结晶的厚度增加了约300微米。

通过对得到的氮化镓结晶板的表面进行研磨加工，使厚度为250微米。利用阴极发光法测定表面的黑点密度，结果为2×10⁵/cm²。将该黑点密度作为缺陷密度。通过霍尔测定来测定从该结晶板上切出6mm见方而得到的样品的载流子浓度，结果为5×10¹⁸/cm³。

(厚膜的生长)

接下来，使用液相法，进一步生长100微米的n-gan。按载流子浓度为1×10¹⁸/cm³掺杂n型掺杂物。

此时的培养条件为，将上述旋转速度经4小时慢慢地从20rpm增加到40rpm，然后，将35rpm下的保持时间经4小时从200秒每次100秒逐步增加到600秒。然后，冷却至室温，回收结晶。以总计8小时，生长大约100微米的结晶。

(晶片的制作)

然后，对基板进行激光剥离加工，将支撑基板及晶种膜从氮化镓结晶基板上分离出来。通过机械加工及干法刻蚀对结晶基板的两面实施平坦加工，制作厚度290微米的2英寸晶片1。研磨后的厚膜3的厚度为大约40微米，基底层2的厚度为250微米。

利用cl观察该晶片的截面结构。结果，基底层2中，分为明亮发光的区域4和较暗区域5，在截面处进行观察时可知均进行了柱状生长。另外，在明亮发光的区域4的中心部确认到起因于位错集中部的暗线。明亮发光的区域4的缺陷密度为2～5×10⁸/cm²，载流子浓度为1×10¹⁹/cm³。发光强度较弱的区域5的缺陷密度大体均匀，为3×10⁶/cm²，载流子浓度为8×10¹⁶/cm³。

另一方面，厚膜3中，可见均匀发光，未观察到位错集中部。缺陷密度大体均匀，为3×10⁶/cm²，载流子浓度为1×10¹⁸/cm³。

应予说明，关于载流子浓度，使用预先通过涡流方式测定判明的4个样品(1×10¹⁷/cm³、1×10¹⁸/cm³、5×10¹⁸/cm³、1×10¹⁹/cm³这4种)进行cl测定，将其图像的亮度以8位色(255个色阶)进行图像处理，对于载流子浓度与cl图像的亮度的关系，制作校正曲线。使用校正曲线，计算出载流子浓度。

另外，由汞灯对得到的厚膜3照射波长330～385nm的光时，发出在440～470nm处具有峰的较宽的荧光(蓝色的荧光)。

(发光元件的制作)

使用得到的结晶基板，利用mocvd法制作led结构，然后，形成电极图案，对背面进行背面抛光。背面抛光后的基底层的厚度为70微米。然后，通过切割制作1mm见方的纵型结构的蓝色led。测定350ma驱动时的内部量子效率，结果得到约80％的高值。发光强度在面内是均匀的。进而，使驱动电流增加至1000ma测定其内部量子效率，结果维持65％的高值。另外，施加2v时的漏电流低至0.01μa。

(比较例1)

与实施例1同样地制作结晶基板，在该结晶基板上制作led结构。但是，与实施例1不同，在形成基底层的阶段停止结晶培养，不形成厚膜。

与实施例1同样地进行基底层的截面观察，结果，明亮发光的区域4和较暗区域5分别沿生长方向柱状延伸，没有交叉。在明亮发光的区域4观察到多个认为是位错线的、黑线。另一方面，在较暗区域5仅稀疏地观察到位错线。另外，各区域4、5的缺陷密度以及载流子浓度为与实施例1大体相同的程度。

关于得到的led元件，测定350ma驱动时的内部量子效率，结果得到约75％的比较高的值，但发光强度在面内不均匀。进而，使其增加至1000ma测定其内部量子效率，结果降低至55％，发光强度不均更加明显。另外，施加2v时的漏电流为1ma，比实施例1大。

由以上的实验结果可知：基底层的明亮发光区域4中的缺陷集中部构成漏电流的原因。