立基板只要是晶体取向在某种程度上对齐法线或接近法线 的方向的结构即可，没有必要一定严格定义为柱状结构。认为成为柱状结构的原因是因为， 如上所述，氮化镓单晶粒子的生长受到了制造氮化镓自立基板时使用的取向多晶烧结体的 晶体取向的影响。因此，认为也可以称之为柱状结构的氮化镓单晶粒子的截面的平均粒径 (以下称为截面平均直径)不仅取决于成膜条件，还取决于取向多晶烧结体的板表面的平均 粒径。将氮化镓自立基板用作发光元件的发光功能层中的一部分的情况下，因存在晶界而 导致截面方向的光的透过率差，光发生散射甚至反射。因此，在法线方向透出光的结构的发 光元件的情况下，还可以期待通过来自晶界的散射光提高亮度的效果。
[0145] 如上所述，使用本发明的氮化镓自立基板制成纵型LED结构的情况下，优选要形成 发光功能层的自立基板表面与要形成电极的自立基板背面不夹隔晶界地连通。即，在氮化 镓自立基板的表面露出的氮化镓系单晶粒子优选不夹隔晶界地连通到氮化镓自立基板的 背面。如果存在晶界，则因为在通电时产生电阻而成为发光效率降低的主要原因。
[0146] 但是，利用介由气相、液相的外延生长，使氮化镓结晶生长的情况下，虽然也取决 于成膜条件，但是不仅在法线方向生长，也在水平方向生长。此时，若作为生长起点的粒子、 在其上制作的晶种的品质不均，则各个氮化镓结晶的生长速度各异，如例如图5中概念性地 表示的那样，有时以高速生长的粒子覆盖生长速度慢的粒子的方式进行生长。在进行这样 的生长行为的情况下，基板表面侧的粒子容易具有大于基板背面侧的粒子的粒径。这种情 况下，生长慢的结晶在中途停止生长，如果在某一截面观察，则在法线方向也能够观测到晶 界。但是，在基板表面露出的粒子不夹隔晶界地与基板背面连通，对于电流流通不存在电阻 相。换言之，将氮化镓结晶成膜后，在基板表面侧（制造时与作为基底基板的取向多晶烧结 体相接的一侧的相反侧)露出的粒子中，不夹隔晶界地与背面连通的粒子处于支配地位，所 以从提高纵型结构的LED的发光效率的观点考虑，优选在基板表面侧制作发光功能层。另一 方面，因为在基板背面侧(制造时与作为基底基板的取向多晶烧结体相接的一侧)还并存有 没有与基板表面侧连通的粒子(例如参见图5)，所以如果在基板背面侧制作发光功能层，则 发光效率有可能降低。另外，如上所述进行这样的生长行为的情况下，随着生长而粒径增 大，所以氮化镓自立基板的表面背面中，可以将氮化镓结晶粒径大者称为基板表面侧、将氮 化镓结晶粒径小者称为基板背面侧。即，在氮化镓自立基板中，从提高纵型结构的LED的发 光效率的观点考虑，优选在氮化镓结晶粒径大的一侧(基板表面侧）制作发光功能层。应予 说明，基底基板使用以c面等取向的取向多晶氧化铝烧结体的情况下，基板表面侧（制造时 与作为基底基板的取向多晶氧化铝烧结体相接的一侧的相反侧)为镓面，基板背面侧(制造 时与作为基底基板的取向多晶氧化铝烧结体相接的一侧)为氮面。即，氮化镓自立基板的镓 面中，不夹隔晶界地与背面连通的粒子处于支配地位。因此，从提高纵型结构的LED的发光 效率的观点考虑，优选在镓面侧(基板表面侧)制作发光功能层。
[0147] 因此，在进行基板表面侧的粒子的粒径比基板背面侧的粒子大这样的生长行为的 情况下，即在基板表面露出的氮化镓系单晶粒子的截面平均直径比在基板背面露出的氮化 镓系单晶粒子的截面平均直径大时，发光效率提高，故而优选(也可以说优选在基板表面露 出的氮化镓系单晶粒子的个数比在基板背面露出的氮化镓系单晶粒子的个数少）。具体而 言，在氮化镓自立基板的表面露出的氮化镓系单晶粒子在最外表面的截面平均直径（以下 称为基板表面的截面平均直径Dt)与在氮化镓自立基板的背面露出的氮化镓系单晶粒子在 最外表面的截面平均直径（以下称为基板背面的截面平均直径Db)之比Dt/Db优选大于1.0， 更优选为1.5以上，进一步优选为2.0以上，特别优选为3.0以上，最优选为5.0以上。但是，如 果上述比Dt/Db过高，则有时发光效率反而降低，所以优选为20以下，更优选为10以下。发光 效率发生变化的原因尚未阐明，认为是因为如果上述比Dt/Db高，则通过大粒径化减少了对 发光无益的晶界面积，或者通过大粒径化减少了结晶缺陷。结晶缺陷减少的原因也尚未阐 明，认为可能是因为包含缺陷的粒子生长慢，缺陷少的粒子高速生长。另一方面，如果上述 比Dt/Db过高，则基板表面和基板背面间连通的粒子（即在基板表面侧露出的粒子)在基板背 面侧附近截面直径变小。认为这会导致无法获得充分的电流通道，使得发光效率降低，但是 详情尚未阐明。
[0148] 但是，因为构成氮化镓自立基板的柱状结构彼此的界面的结晶性降低，所以用作 发光元件的发光功能层的情况下，发光效率降低，发光波长变化，发光波长可能变宽。因此， 柱状结构的截面平均直径大比较理想。优选半导体单晶粒子在氮化镓自立基板最外表面的 截面平均直径为0.3μηι以上，更优选为3μηι以上，进一步优选为20μηι以上，特别优选为50μηι以 上，最优选为70μπι以上。半导体单晶粒子在氮化镓自立基板最外表面的截面平均直径的上 限没有特别限定，但ΙΟΟΟμπι以下比较实际，更实际的是500μπι以下，更为实际的是200μπι以 下。另外，为了制作具有这样的截面平均直径的半导体单晶粒子，使构成制作氮化镓自立基 板时使用的取向多晶烧结体的粒子在板表面的烧结粒径为〇. 3μπι~ΙΟΟΟμπι较为理想，更理 想的是3μπ?~1 ΟΟΟμL?，更为理想的是1 Ομπ?~200μπ?，特别理想的是14μπ?~200μπ?。或者，欲使半 导体单晶粒子在氮化镓自立基板最外表面的截面平均直径大于自立基板背面的截面平均 直径的情况下，优选使构成取向多晶烧结体的粒子在板表面的烧结粒径为ΙΟμπι~100μπι，更 优选为14μηι~70μηι。
[0149] 构成氮化镓自立基板的氮化镓系单晶粒子也可以不含有掺杂物。此处，"不含有掺 杂物"是指不含有为了赋予某种功能或特性而添加的元素，当然可以含有不可避免的杂质。 或者，构成氮化镓自立基板的氮化镓系单晶粒子可以掺杂η型掺杂物或ρ型掺杂物，这种情 况下，可以将氮化镓自立基板用作Ρ型电极、η型电极、ρ型层、η型层等基材以外的部件或层。 作为Ρ型掺杂物的优选例，可以举出从由铍(Be)、镁(Mg)、钙(Ca)、锶(Sr)、锌(Ζη)和镉(Cd) 构成的组中选出的1种以上。作为η型掺杂物的优选例，可以举出从由硅（Si)、锗(Ge)、锡 (Sn)和氧(0)构成的组中选出的1种以上。
[0150] 为了控制带隙，可以将构成氮化镓自立基板的氮化镓系单晶粒子混晶化。优选的 是，氮化镓单晶粒子可以包含与从由A1N和InN构成的组中选出的1种以上结晶混晶化的氮 化镓，P型氮化镓和/或η型氮化镓单晶粒子可以在该混晶化的氮化镓中掺杂ρ型掺杂物或η 型掺杂物。例如，可以通过在作为氮化镓和Α1Ν的混晶的AlxGanN中掺杂Mg而用作ρ型基板， 通过在Al xGanN中掺杂Si而用作η型基板。将自立基板用作发光元件的发光功能层的情况 下，通过将氮化镓与Α1Ν混晶化，能够使带隙变宽，发光波长移向高能量侧。另外，也可以将 氮化镓与InN制成混晶，由此能够使带隙变窄，发光波长移向低能量侧。
[0151] 氮化镓自立基板的尺寸优选为直径50.8mm(2英寸）以上，更优选为直径100mm(4英 寸）以上，进一步优选为直径200mm(8英寸）以上。因为氮化镓自立基板越大，能够制作的元 件个数越多，所以从制造成本的观点考虑是优选的，从用作面发光元件的观点考虑，因为元 件面积的自由度增加，用途扩展至面发光照明等，所以也是优选的，对其面积、尺寸不应规 定上限。应予说明，氮化镓自立基板在俯视观察时优选为圆形或者实质上为圆形，但是并不 限定于此。在不是圆形或者不是实质上为圆形的情况下，作为面积，优选为2026mm 2以上，更 优选为7850mm2以上，进一步优选为31400mm2以上。但是，对于不需要大面积的用途，也可以 为比上述范围小的面积，例如可以是直径50.8mm(2英寸）以下，按面积换算为2026mm2以下。 氮化镓自立基板的厚度必须能够赋予基板自立性，优选为20μηι以上，更优选为100μπι以上， 进一步优选为300μπι以上。氮化镓自立基板的厚度不应限定上限，从制造成本的观点考虑， 3000μπι以下比较实际。
[0152] 规定为氮化镓自立基板的厚度Τ与在氮化镓自立基板的表面露出的氮化镓系单晶 粒子在最外表面的截面平均直径Dt之比的纵横尺寸比T/Dt优选为0.7以上，更优选为1.0以 上，进一步优选为3.0以上。在制成LED的情况下，从提高发光效率的观点考虑优选该纵横尺 寸比。作为发光效率提高的原因，认为是对于纵横尺寸比高的粒子，氮化镓中的缺陷密度 低，光的导出效率提高等，但是其详情尚未阐明。
[0153] 如上所述，从提高发光效率的观点考虑，优选：（1)在自立基板表面侧(制造时与作 为基底基板的取向多晶烧结体相接一侧的相反侧)制作发光功能层，（2)使基板表面的截面 平均直径D T与自立基板背面的截面平均直径Db之比Dt/Db为适当的值，（3)构成自立基板的 粒子在基板最外表面的截面平均直径大，（4)构成自立基板的粒子的纵横尺寸比T/Dt大。从 上述(3)和(4)的观点考虑，优选截面平均直径大且纵横尺寸比大，换言之，优选基板表面侧 的截面平均直径大且厚的氮化镓结晶。另外，从自立化的观点考虑，优选氮化镓自立基板的 厚度为20μηι以上，更优选为100μπι以上，进一步优选为300μηι以上。但是，如上所述，如果氮化 镓结晶的厚度增加，则从成本的观点考虑并不优选，在能够自立的前提下优选较薄。即，作 为氮化镓自立基板的厚度，3000μηι以下比较实际，优选为600μηι以下，更优选为300μηι以下。 因此，从同时实现使其自立化且提高发光效率的观点和成本的观点考虑，厚度优选为50~ 500μηι的程度，更优选为50~300μηι的程度。
[0154] 制造方法
[0155] 本发明的氮化镓自立基板可以如下制造：（1)准备取向多晶烧结体，（2)在取向多 晶烧结体上，形成包含氮化镓的晶种层，形成的晶种层的晶体取向与取向多晶烧结体的晶 体取向基本一致，（3)在晶种层上形成厚度20μπι以上的、由氮化镓系结晶构成的层，形成的 由氮化镓系结晶构成的层的晶体取向与晶种层的晶体取向基本一致，（4)除去取向多晶烧 结体，得到氮化镓自立基板。
[0156] (1)取向多晶烧结体
[0157] 作为用于制作氮化镓自立基板的基底基板，准备取向多晶烧结体。取向多晶烧结 体的组成没有特别限定，优选从取向多晶氧化铝烧结体、取向多晶氧化锌烧结体、取向多晶 氮化铝烧结体中选出的1种。取向多晶烧结体可以使用能够商业购买的板状粉末经成型和 烧成而有效率地制造，所以不仅能够低成本地制造，而且容易成型，故而也适合大面积化。 根据本发明的发明人的理解，将取向多晶烧结体用作基底基板，使多个半导体单晶粒子在 其上生长，由此能够制造适合低成本地制造大面积发光元件的氮化镓自立基板。结果，氮化 镓自立基板也极适合低成本地制造大面积的发光元件。
[0158] 取向多晶烧结体由包含大量单晶粒子而构成的烧结体形成，大量的单晶粒子在一 定方向以某种程度取向或高度取向。通过使用像这样地取向的多晶烧结体，能够制作晶体 取向基本对齐大致法线方向的氮化镓自立基板，通过外延生长或类似的结晶生长在氮化镓 自立基板上形成氮化镓系材料的情况下，实现晶体取向基本对齐大致法线方向的状态。因 此，如果将这样的取向性高的氮化镓自立基板用作发光元件用基板，则能够同样地将发光 功能层形成为晶体取向基本对齐大致法线方向的状态，并能够实现与使用单晶基板时相同 的高发光效率。或者，在将该取向性高的氮化镓自立基板用作发光元件的发光功能层的情 况下，也能够实现与使用单晶基板时相同的高发光效率。为了制作这样的取向性高的氮化 镓自立基板，均必须将取向多晶烧结体用作基底基板。取向多晶烧结体优选具有透光性，但 并不限定于此。具有透光性的情况下，在除去取向多晶板之际，可以使用激光剥离等方法。 作为得到取向多晶烧结体的制造方法，除了使用大气炉、氮气气氛炉、氢气气氛炉等的常用 常压烧结法，还可以使用热等静压法(HIP )、热压法(HP )、放电等离子烧结(SPS)等加压烧结 法、以及上述方法的组合。
[0159] 取向多晶烧结体的尺寸优选为直径50.8mm(2英寸）以上，更优选为直径100mm(4英 寸）以上，进一步优选为直径200mm(8英寸）以上。取向多晶烧结体越大，能够制作的氮化镓 自立基板的面积越增加，能够由此制作的发光元件的个数越增加，所以从制造成本的观点 考虑是优选的。另外，从用作面发光元件的观点考虑，元件面积的自由度增加，用途扩展至 面发光照明等，从这一点考虑也是优选的，对其面积或尺寸不应限定上限。应予说明，氮化 镓自立基板在俯视观察时优选为圆形或者实质上为圆形，但是并不限定于此。在不是圆形 或者不是实质上为圆形的情况下，作为面积，优选为2026mm 2以上，更优选为7850mm2以上，进 一步优选为31400mm2以上。但是，对于不需要大面积的用途，也可以为比上述范围小的面 积，例如可以是直径50.8mm(2英寸）以下，按面积换算为2026mm 2以下。取向多晶烧结体的厚 度只要能够自立即可，没有特别限定，如果过厚，从制造成本的观点考虑是不优选的。因此， 优选为20μηι以上，更优选为100μπι以上，进一步优选为100~ΙΟΟΟμηι。另一方面，将氮化镓成 膜时，在因氧化铝和氮化镓的热膨胀差而产生的应力作用下，基板整体发生翘曲，有时会影 响后续工序。应力根据氮化镓的成膜方法、成膜条件、取向多晶烧结体的材质、膜厚、基板径 等而变化，作为抑制应力导致的翘曲的方法之一，可以使用厚的取向多晶烧结体作为基底 基板。例如作为基底的取向多晶烧结体使用取向多晶氧化铝烧结体，制作直径50.8mm(2英 寸）、厚度300μηι的氮化镓自立基板时，可以使取向多晶氧化铝烧结体的厚度为900μηι以上， 也可以为1300μπι以上或者2000μπι以上。只要像这样地从制造成本的观点和抑制翘曲的观点 等出发，适当选定取向多晶烧结体的厚度即可。
[0160] 构成取向多晶烧结体的粒子在板表面的平均粒径优选为0.3~ΙΟΟΟμπι，更优选为3 ~ΙΟΟΟμηι，进一步优选为ΙΟμπι~200μηι，特别优选为14μηι~200μηι。或者，如上所述，考虑使半 导体单晶粒子在氮化镓自立基板最外表面的截面平均直径大于自立基板的背面的截面平 均直径的情况下，优选使构成取向多晶烧结体的粒子在板表面的烧结粒径为ΙΟμπι~100μπι， 更优选为14μπι~70μπι。取向多晶烧结体整体的平均粒径与板表面的平均粒径相关，如果在 上述范围内，则烧结体的机械强度优异，容易操作。另外，在使用取向多晶烧结体制作的氮 化镓自立基板的上部和/或内部形成发光功能层而制作发光元件的情况下，发光功能层的 发光效率也优异。应予说明，本发明的烧结体粒子在板表面的平均粒径是通过以下方法测 定的。即，对板状烧结体的板表面进行研磨，通过扫描电子显微镜拍摄图像。如下确定视野 范围，即，在得到的图像的对角线画直线时，任一直线均穿过10个~30个粒子，以能够画出 上述直线的范围为视野范围。在得到的图像的对角线画2条直线，对于直线穿过的全部粒 子，求出各粒子内侧的线段长度的平均值，该平均值乘以1.5得到的值为板表面的平均粒 径。应予说明，在板表面的扫描显微镜像中无法明确判别出烧结体粒子的界面的情况下，可 以在通过热蚀刻(例如1550Γ下45分钟）、化学蚀刻，实施使界面变得显著的处理后，进行上 述评价。
[0161] 作为特别优选的取向多晶烧结体，可以举出取向多晶氧化铝烧结体。氧化铝是三 氧化二铝(Al2〇3)，典型的是具有与单晶蓝宝石相同的刚玉型结构的α-氧化铝，取向多晶氧 化铝烧结体是无数氧化铝结晶粒子以取向后的状态经烧结而彼此结合得到的固体。氧化铝 结晶粒子是含有氧化铝而构成的粒子，可以包含掺杂物和不可避免的杂质作为其他元素， 也可以是包含氧化铝和不可避免的杂质的粒子。取向多晶氧化铝烧结体可以作为晶界相含 有作为烧结助剂的添加物。另外，取向多晶氧化铝烧结体除了氧化铝结晶粒子以外，还可以 含有其他相或上述其他元素，优选包含氧化铝结晶粒子和不可避免的杂质。另外，取向多晶 氧化铝烧结体的取向面没有特别限定，可以为c面、a面、r面或m面等。
[0162] 取向多晶氧化铝烧结体的晶体取向没有特别限定，可以为c面、a面、r面或m面等， 从晶格常数与氮化镓自立基板匹配的观点来看优选以c面取向。对于取向度，例如在板表面 的取向度优选为50%以上，更优选为65 %以上，进一步优选为75%以上，特别优选为85%， 更特别优选为90%以上，最优选为95%以上。该取向度是如下得到的：使用XRD装置(例如株 式会社理学制、RINT - TTR III)，测定对板状氧化铝的板表面照射X射线时的XRD图谱，由下 式算出取向度。
[0163]
[0164]
[0165]
[0166] (I〇(hkl)，Is(hkl)分别表示ICDD No.461212以及试样的（hkl)面的衍射强度的积 分值（2Θ = 20 ~70°))
[0167] 应予说明，氮化镓自立基板的构成粒子的结晶性有提高的趋势，能够将位错等缺 陷的密度抑制在较低水平。因此，认为在发光器件等某些用途方面，相比氮化镓单晶基板， 更优选使用氮化镓自立基板。例如通过外延生长，在氮化镓自立基板上制作功能层的情况 下，功能层与作为基底的氮化镓自立基板基本一致地生长，成为柱状结构的集合体。因为外 延生长时会继承基底的结晶品质，所以构成功能层的柱状结构的各畴单位能够得到高结晶 品质。构成氮化镓自立基板的结晶粒子的缺陷密度低的理由尚未阐明，推测是因为在氮化 镓自立基板的制作初期出现的晶格缺陷中，偏向水平方向发展者随着生长而被晶界吸收， 并消失。
[0168] 从降低氮化镓自立基板中所包含的位错等缺陷的密度的观点来看，更优选在制作 氮化镓自立基板时，将构成作为基底基板的取向多晶烧结体的最外表面的粒子中的一部分 或全部配置成自一定方位(例如c面、a面等基准方位)随机倾斜若干角度。倾斜的粒子可以 是其中的大致全部或一定量以大体一定的角度倾斜，或者以在一定范围内（优选为〇.〇1~ 20°)具有分布的各种角度及/或向各种方向倾斜。另外，倾斜的粒子与没有倾斜的粒子可以 以所希望的比率混存。或者，也可以相对于基准面倾斜地研磨取向多晶氧化铝烧结体的板 表面，使粒子的露出面向一定方向倾斜，还可以通过加工成波浪形状等，使最外表面的粒子 的自基准方位略有倾斜的面露出。上述任一情况下，均优选将构成以C面、a面等基准方位取 向的取向多晶氧化铝烧结体的最外表面的氧化铝单晶粒子中的一部分或全部倾斜配置成 它们的基准方位自基板法线方向在〇. 5~20°的范围内发生偏离。
[0169]取向多晶氧化铝烧结体可以通过将板状氧化铝粉末用作原料，进行成型和烧结来 制造。板状氧化铝粉末在市面上有售，可通过商业途径购买。板状氧化铝粉末的种类和形状 只要能够得到致密的取向多晶氧化铝烧结体即可，没有特别限定，可以使平均粒径为0.4~ 15μηι、厚度为0.05~Ιμπι，也可以将在该范围内的平均粒径不同的2种以上原料混合。优选通 过使用剪切力的手法使板状氧化铝粉末取向，制成取向成型体。作为使用剪切力的手法的 优选例，可以举出带成型、挤压成型、刮刀法以及这些方法的任意组合。使用剪切力的取向 手法优选如下进行:在以上列举的任一手法中，在板状氧化铝粉末中适当加入粘合剂、增塑 剂、分散剂、分散介质等添加物，进行浆料化，使该浆料通过狭缝状的狭窄的喷出口，从而在 基板上喷出并成型为片材状。喷出口的狭缝宽度优选为1 〇~400μηι。应予说明，分散介质的 量优选为使浆料粘度为5000~lOOOOOcP、更优选为20000~60000cP的量。成型为片材状的 取向成型体的厚度优选为5~500μπι，更优选为10~200μπι。优选将该成型为片材状的取向成 型体多张层叠，制成具有所希望的厚度的层叠前体，对该层叠前体实施加压成型。该加压成 型优选如下进行:将层叠前体用真空包装等包装，在50~95°C的温水中以10~2000kgf/cm 2 的压力实施静水压加压。另外，也可以通过辊加压法(例如加热辊加压、压延辊等)对成型为 片材状的取向成型体或者层叠前体实施处理。另外，在利用挤压成型的情况下，