氮化物半导体自立基板及其制造方法、以及使用它的氮化物半导体发光元件

摘要

本发明提供用于制备以低驱动电压获得高发光输出的发光元件的氮化物半导体自立基板。其是{20-24}衍射面及{11-24}衍射面的至少一者的X射线衍射半幅值为小于等于500秒、直径为大于等于10mm的氮化物半导体自立基板，其形成步骤为：(1)在底层基板上形成具有10n个/cm2(0＜n≤10)位错密度的第一氮化物半导体层，(2)在第一氮化物半导体层上形成由氮化物半导体以外的材料构成的掩模层，(3)在掩模层以小于等于10n-2个/cm2的密度开出具有小于等于10-ncm2的开口面积的贯通膜厚方向的开口部，(4)在掩模层上形成厚度大于等于50μm的第二氮化物半导体层后，(5)去除底层基板至掩模层。

权利要求

1.一种氮化物半导体自立基板，其特征在于：{20-24}衍射面的X射线衍射半幅值为小于等于50秒，直径为大于等于10mm、小于等于50.8mm。

2.如权利要求1记载的氮化物半导体自立基板，其特征在于：所述氮化物半导体是非掺杂或者n型或p型。

3.制造权利要求1或2记载的氮化物半导体自立基板的方法，其特征在于：(1)在底n 2层基板上形成具有10 个/cm 位错密度的第一氮化物半导体层，其中，6≤n≤9，(2)在所述第一氮化物半导体层上形成由氮化物半导体以外的且与所述氮化物半导体熔析性不n-2 2好的材料构成的掩模层，(3)在所述掩模层以小于等于10 个/cm 的密度开出具有小于-n 2等于10 cm 的开口面积的贯通膜厚方向的开口部，(4)在所述掩模层上形成厚度大于等于

200μm、小于等于300μm的第二氮化物半导体层后，(5)去除所述底层基板至所述掩模层。

4.如权利要求3记载的氮化物半导体自立基板的制造方法，其特征在于：所述氮化物半导体的生长法为升华法、有机金属气相生长法、氢化物气相生长法、液相生长法或者它们的组合的任意一种。

5.如权利要求3或4记载的氮化物半导体自立基板的制造方法，其特征在于：所述底层基板由不同于构成所述自立基板的氮化物半导体的蓝宝石、碳化硅、硅或砷化镓材料构成。

6.如权利要求3或4记载的氮化物半导体自立基板的制造方法，其特征在于：在所述底层基板上隔着缓冲层而形成所述第一氮化物半导体层。

7.如权利要求5记载的氮化物半导体自立基板的制造方法，其特征在于：在所述底层基板上隔着缓冲层而形成所述第一氮化物半导体层。

8.一种氮化物半导体发光元件，其特征在于：在权利要求1或2记载的氮化物半导体自立基板上形成氮化物系发光装置结构的外延层。

说明书

氮化物半导体自立基板及其 制造方法、以及使用它的氮化

物半导体发光元件

技术领域

[0001] 本发明涉及用于以低驱动电压获得高发光输出的发光元件等的氮化物半导体自立基板及其制造方法、以及使用相关氮化物半导体自立基板的氮化物半导体发光元件。 背景技术

[0002] 一般难以使氮化物半导体从熔融液进行体晶生长，因此通常是在蓝宝石基板或砷化镓等不同种类底层基板上生长氮化物半导体层后，去除底层基板只留下氮化物半导体层来获得自立的氮化物半导体基板。

[0003] 通常生长在蓝宝石等晶格不大匹配的不同种类底层基板上的氮化物半导体层为，氮化物半导体层并不是在底层基板的晶格上连贯地外延生长，而是在多处点产生结晶核，所产生核变大并融合来形成连续膜。从而，这种氮化物半导体层融合膜的晶格面并非与基板的完全平行(不是完全的平面)，氮化物半导体的结晶方位稍微有偏差。作为评价结晶方位偏差的方法普遍利用X射线衍射法中的衍射半幅值。

[0004] 氮化物半导体基板的品质以往是由{0002}或{0004}衍射面的X射线摆动曲线的半幅值评价，半幅值小者被评价为高品质。例如特许第3184717号中公开了一种GaN单晶，是作为用于生长GaN系半导体结晶层的基板，二次结晶法X射线摆动曲线的半幅全值为5～250秒，并且是厚度为大于等于80μm的GaN单晶。还有，特开平10-053495号中公开了长度及宽度都为大于等于10mm且厚度为大于等于300μm、或者是长度为大于等于20mm且直径为大于等于10μm的氮化物单晶，X射线摆动曲线的半幅值为小于等于5分钟。 发明内容

[0005] 但是，发现即使是{0002}对称衍射面的X射线衍射半幅值小(例如小于等于250秒)的氮化物半导体自立基板，在其上形成的发光二极管等发光元 件的发光辉度有时也低。也就是说，发现按照以往判定基准并不一定会获得用于制备以低驱动电压获得高发光输出的发光元件的氮化物半导体自立基板。

[0006] 从而，本发明的目的一是提供用于制备以低驱动电压获得高发光输出的发光元件的氮化物半导体自立基板。

[0007] 本发明的目的二是提供能够确实地制造所述氮化物半导体自立基板的方法。 [0008] 本发明的目的三是提供使用所述氮化物半导体自立基板的发光元件。 [0009] 本发明者鉴于上述目的进行潜心研究的结果，注意到用{20-24}衍射面及{11-24}衍射面作为代替{0002}及{0004}对称衍射面的X射线衍射摆动曲线的半幅值的判定基准是适宜的，发现只要其中任意一者为小于等于500秒，就可以获得用于制备以低驱动电压获得高发光输出的发光元件的氮化物半导体自立基板。

[0010] 即，本发明的氮化物半导体自立基板的特征为，{20-24}衍射面及{11-24}衍射面的至少一者的X射线衍射半幅值为小于等于500秒、直径为大于等于10mm。上述氮化物半导体自立基板中，优选所述氮化物半导体是非掺杂、或者n型或p型，载流子密度为小于等20 -3
于1×10 cm 。

[0011] 制造上述氮化物半导体自立基板的本发明的方法的特征在于，(1)在底层基板上n 2形成具有10 个/cm(0＜n≤10)位错密度的第一氮化物半导体层，(2)在所述第一氮化物半导体层上形成由氮化物半导体以外的材料构成的掩模层，(3)在所述掩模层以小于等n-2 2 -n 2
于10 个/cm 的密度开出具有小于等于10 cm 的开口面积的贯通膜厚方向的开口部，(4)在所述掩模层上形成厚度为大于等于50μm的第二氮化物半导体层后，(5)去除所述底层n-4 2
基板至所述掩模层。开在所述掩模层的所述开口部的密度优选为小于等于10 个/cm。 [0012] 作为所述氮化物半导体的生长法可使用升华法、有机金属气相生长法、氢化物气相生长法、液相生长法或者它们的组合的任意一种。还有，所述底层基板可使用由不同于构成所述自立基板的氮化物半导体的材料构成的物质。

[0013] 制造所述氮化物半导体自立基板时可以在所述底层基板上隔着缓冲层形 成所述第一氮化物半导体层。

[0014] 本发明的氮化物半导体发光元件的特征为，在上述氮化物半导体自立基板上形成氮化物系发光装置结构的外延层。

[0015] 使用本发明的氮化物半导体自立基板，可生长发光二极管(LED)元件、激光视盘(LD)元件、受光元件等装置用晶格缺陷少的氮化物半导体层，因此可显著地提高这些元件的特性。从而，使用所述氮化物半导体自立基板形成的发光元件能够以低驱动电压获得高发光输出。

附图说明

[0016] 图1是表示为了制造氮化物半导体自立基板而形成的氮化物半导体层的截面结构，及具有贯通膜厚方向的开口部的掩模层的概要图。

[0017] 图2是表示本发明的氮化物半导体发光元件的截面结构的概要图。 [0018] 图3是表示实施例1～7及比较例1、2获得的GaN自立基板的{20-24}面的X射线衍射半幅值与在各GaN自立基板上制作的LED元件的发光输出之间关系的曲线。 [0019] 图4是表示实施例1～7及比较例1、2获得的GaN自立基板的{11-24}面的X射线衍射半幅值与在各GaNO自立基板上制作的LED元件的发光输出之间关系的曲线。 具体实施方式

[0020] 本发明的氮化物半导体自立基板的特征为，{20-24}衍射面及{11-24}衍射面的至少一者的X射线衍射半幅值为小于等于500秒。这里，用语“自立基板”是指不仅能够保持自身形状，而且具有在操作时不产生不良情况的强度的基板。为了具备这种强度，自立基板的厚度应为大于等于50μm，优选为大于等于200μm。并且考虑形成元件后的劈开容易性等，自立基板的厚度优选为小于等于1mm。如果自立基板过厚，则难以劈开而在劈开面产生凹凸。其结果是，例如适用半导体激光等时，因反射损失而引起装置特性变差的问题。 [0021] 本发明的氮化物半导体自立基板为，只要能够用升华法、有机金属气相生长法(MOVPE)、氢化物气相生长法(HVPE)、液相生长法或者它们的组合的任意一种方法生长氮化物半导体，则可以使用各种方法制造，但尤其优选用所谓的ELO(Epitaxial Lateral Overgrowth，外延横向生长)法制造。ELO 法如图1所示，在底层基板1上形成第一氮化物半导体层2，在第一氮化物半导体层2上形成掩模层3，在掩模层3开出多个期望大小的贯通膜厚方向的开口部31后，在掩模层3上形成第二氮化物半导体层4后，最后去除底层基板1至掩模层3。下面详细说明各工序。

[0022] 用于生长氮化物半导体层2、4的底层基板1可以使用蓝宝石、碳化硅、硅、砷化镓等。但由这些材料构成的底层基板1为，与氮化物半导体层2、4的晶格常数匹配性不高，因此优选在其上形成缓冲层10，并在其上外延生长氮化物半导体层2、4。可以在500℃附近堆积GaN层或AlN层作为缓冲层10。

[0023] 在缓冲层上形成的第一氮化物半导体层2优选不掺杂杂质(非掺杂)、或者是n型20 -3 20 -3
或p型，且载流子密度为小于等于1×10 cm 。如果载流子密度超过1×10 cm ，则n型或p型杂质的浓度过高，导致氮化物半导体结晶品质低下。

[0024] 第一氮化物半导体层2可以与形成氮化物半导体自立基板的第二氮化物半导体层4相同。这些氮化物半导体层2、4可以使用升华法、有机金属气相生长法、氢化物气相生长法、液相生长法或者它们的组合的任意一种方法形成。第一氮化物半导体层2的厚度优n选为0.1～500μm左右。如以下说明所示，第一氮化物半导体层2的位错密度为10 个/
2
cm(0＜n≤10)。

[0025] 形成于第一氮化物半导体层2上的掩模层3优选由耐于氮化物半导体的生长温度的高熔点金属或与SiN、TiN、SiO2等氮化物半导体的熔析性不好的材料形成。通过在熔析性不好的掩模层3上生长氮化物半导体，可抑制在膜厚方向的开口部31以外产生结晶核，结晶核融合时减少结晶方位偏差。

[0026] 对于在掩模层3设置开口部31的方法不做特别限定，但光刻法或选择性刻蚀法等是有效的。对于开口部31的形状不做特别限定。开口部31的开口面积优选小于等于其下-n 2 -n-2 2面结晶层(第一氮化物半导体层2)的位错密度的倒数(10 cm)，更优选小于等于10 cm。
由此，即使第一氮化物半导体层2的位错密度高(n即使大)，也可以通过使开口部31变窄，从第一氮化物半导体层2经开口部31，把贯穿上面的错位数控制得低。考虑氮化物半导体结晶核的生长速度、结晶方位偏差、开口部形成困难性等因素，开口部31的开口面积下限-10 2
优选为10 cm 左右。

[0027] 设置在掩模层3的单位面积开口部31数量(密度)对应于在其上面生长的氮化物半导体的结晶核产生密度。结晶核生长并融合成为连续膜时，容易从微小的结晶方位偏差产生新的错位等缺陷，因此，开口部31的密度优选尽量小。还有，考虑掩模层3的破损容易度等，开口部31的总计开口面积必须充分小于掩模层3的总开口面积。从而开口部31n-2 2 n-4 2的密度优选小于等于10 个/cm，更优选小于等于10 个/cm。但是，如果开口部31的密度过低，经开口部31生长的结晶核融合慢，获得低位错密度氮化物半导体层所需第二氮
2 2
化物半导体层4的厚度将过大。从而，开口部31的密度下限优选为10 个/cm 左右。 [0028] 具有这种构成的掩模层3的厚度优选在0.01～10μm左右。如果掩模层3的厚度不足0.01μm，则无法充分发挥ELO法的效果。还有，如果掩模层3的厚度超过10μm，则从开口部31上面产生氮化物半导体结晶核所需时间过长。

[0029] 生长在掩模层3上面的第二氮化物半导体层4的组成可以不同于第一氮化物20 -3
半导体层2，并且载流子密度优选为小于等于1×10 cm 的范围。如果载流子密度超过
20 -3
1×10 cm ，则n型或p型杂质的浓度过高，导致氮化物半导体自立基板品质下降。 [0030] 第二氮化物半导体层4可以使用升华法、有机金属气相生长法、氢化物气相生长法、液相生长法或者它们的组合的任意一种。第二氮化物半导体层4在去除底层基板1和掩模层3后，由抛光进行镜面研磨作为自立基板，因此厚度设定为抛光后的厚度为大于等于50μm，优选为大于等于200μm。并且考虑元件形成后的劈开容易性等，优选使抛光后的厚度为小于等于1mm。

[0031] 形成第二氮化物半导体层4后，用研磨、溶解(湿法刻蚀)、干法刻蚀等方法去除底层基板1和掩模层3。优选镜面研磨所得氮化物半导体自立基板的两面。这是因为，即使是位错密度低的理想的结晶基板，如果表面存在凹凸，则在其上外延生长的结晶也会具有凹凸表面，在装置制作工序、尤其是在光刻工序中会大大降低元件形成成品率。 [0032] 对于本发明能够使用的氮化物半导体不做特别限定，可以是如通式：InxAlyGa1-x-yN(0≤x、0≤y、x+y≤1)所示氮化物半导体。还有，也可以是 适量掺杂Mg等的p型GaN。

[0033] 可以在本发明的氮化物半导体自立基板上生长晶格缺陷少的氮化物半导体层，因此可形成高性能的LED、LD、受光元件等装置用外延晶片。尤其使用本发明的氮化物半导体自立基板形成的LED、LD等发光元件为能够以低驱动电压获得高发光输出。 [0034] 根据以下实施例进一步具体说明本发明，但本发明并没有限定于此。 [0035] 参考例1

[0036] 即使{0002}对称衍射面的X射线衍射半幅值小的GaN基板，也为了表示使用它的发光二极管(LED)的发光辉度低，制作样品1～9的GaN自立基板，使用各GaN自立基板形成图2所示LED。

[0037] 各样品的GaN自立基板的制造方法如下。在直径2英寸的蓝宝石基板上形成GaN缓冲层及GaN层后，去除蓝宝石基板及GaN缓冲层。抛光所得GaN基板的两面，制作厚度270μm的GaN自立基板。对各样品改变加热温度等制造条件来形成GaN缓冲层及GaN层。 [0038] 形成于各GaN自立基板上的LED结构与下述实施例8相同。表1表示样品1～9的GaN自立基板的{0002}面的X射线衍射半幅值与使用各GaN自立基板形成的LED的发光输出之间的关系。从表1可以知道，即使是{0002}面的X射线衍射半幅值小的GaN自立基板，使用它形成的LED的发光输出并非一定高。

[0039] 表1

[0040]样品序号 {0002}面的衍射半 幅值(秒) 发光输出(mW)
1 47 4.0
2 48 6.0
3 64 1.8
4 98 2.4
5 138 2.6
6 142 4.8
7 164 2.0
8 248 1.4
9 267 3.8

[0041] 实施例1

[0042] 在设有卤气供给管及N源供给管的石英制管状反应容器内，在接近于卤气供给管的位置设置装有Ga金属的石英舟皿，同时在离开石英舟皿的位置且接近于N源供给管的位置，把与反应管垂直的直径2英寸的蓝宝石底层基板1固定设置到支架上。 [0043] 把装有Ga金属的石英舟皿加热至900℃的同时，把蓝宝石底层基板1加热至510℃，在该状态由卤气管向管状反应容器内引入载气氢气与HCl气体，由N源供给管供给载气氮气和氨气。HCl气体与Ga反应生成GaCl。根据GaCl与的NH3反应，在蓝宝石底层基板1上以30nm膜厚生长由GaN构成的缓冲层。

[0044] 把形成缓冲层的底层基板1的温度上升至1050℃，使用生成的GaCl及氨气作为源气体，以24μm/hr速度生长10分钟GaN结晶，生长膜厚4μm的第一未掺杂GaN层2。该第9 2
一GaN层2的位错密度为约1×10 个/cm。生长第一GaN层2后从管状反应容器取出晶
7
片。在第一GaN层2上形成SiO2膜作为掩模层3后，由光刻法在SiO2膜3上以1×10 个/
2 2
cm 密度形成开口面积0.1μm 的开口部31。

[0045] 把所得晶片固定在HVPE装置内的支架上。把装有Ga金属的石英舟皿加热至900℃的同时，把晶片加热至1050℃，在该状态由卤气管引入载气氢气与HCl气体，由N源供给管供给载气氮气和氨气。HCl气体与Ga反应生成GaCl。根据GaCl与的NH3反应，在SiO2膜3上以100μm/hr速度生长3小时GaN，形成厚度300μm的第二GaN层4。这样获得的晶片具有如图1所示结构。

[0046] 从管状反应容器取出形成第二GaN层4的晶片，使用金刚石研磨剂由研磨或抛光去除蓝宝石底层基板1至SiO2膜3，获得厚度300μm的GaN自立基板。这样获得的GaN自立基板在生长后及研磨后都没有产生裂纹等裂缝。

[0047] 使用CuKα1在40kV及45mA产生X射线作为X射线源，测定GaN自立基板的{20-24}面及{11-24}面的X射线衍射半幅值的结果，各自为278秒及286秒。从而可以确认该实施例的GaN自立基板具有优异的结晶性。

[0048] 采用二次离子质量分析法(SIMS)确认该GaN自立基板含有约5×1017cm-3的Si杂质，并且Mg含量不到检测下限。推测Si可能由源气体HCl 及石英管状反应容器混入。 [0049] 比较例1

[0050] 除了以2×1020cm-3比例掺杂Si来生长第二GaN层4以外，其余与实施例1相同来制作GaN自立基板。GaN的{20-24}面及{11-24}面的X射线衍射半幅值各自为550秒及568秒，确认结晶性显著差于实施例1的GaN自立基板。

[0051] 比较例2

[0052] 除了以2×1020cm-3比例掺杂Mg来生长第二GaN层4以外，其余与实施例1相同来制作GaN自立基板。GaN的{20-24}面及{11-24}面的X射线衍射半幅值各自为820秒及845秒，确认结晶性显著差于实施例1的GaN自立基板。

[0053] 实施例2

[0054] 除了用GaAs底层基板代替蓝宝石底层基板以外，其余与实施例1相同来制作GaN自立基板。GaN的{20-24}面及{11-24}面的X射线衍射半幅值各自为322秒及336秒，确认虽然稍微不如实施例1，但具有较为良好的结晶性。

[0055] 实施例3

[0056] 把直径2英寸的蓝宝石(C而)底层基板1安装到MOVPE装置的管状反应容器内，用氢气置换容器内后，在流通氢气的状态下把底层基板1的温度上升至1050℃，清洗底层基板1。接着，把底层基板1的温度下降至510℃，使用氢气作为载气，使用TMG及氨气作为源气体，在底层基板1上形成厚度30nm的GaN缓冲层。

[0057] 把基板温度上升至1050℃，使用TMG及氨气作为源气体，以4μm/hr速度生长1小8
时GaN结晶，形成厚度4μm的第一未掺杂GaN层2。第一GaN层2的位错密度为约1×10
2
个/cm。

[0058] 形成第一GaN层后，从管状反应容器取出晶片，在第一GaN层2上形成SiO2膜，由6 2 2
光刻法以1×10 个/cm 密度形成开口面积1μm 的开口部。

[0059] 把所得晶片装入HVPE装置，固定在支架上。把装有Ga金属的石英舟皿加热至900℃的同时，把晶片加热至1050℃，在该状态由卤气管引入载气氢气与HCl气体，从接近蓝宝石底层基板1的N源供给管供给载气氮气和氨气。 HCl气体与Ga反应生成GaCl。根据GaCl与的NH3反应，以100μm/hr速度生长3小时GaN结晶，形成厚度300μm的第二GaN层4。

[0060] 与实施例1相同，由研磨或抛光去除蓝宝石底层基板1至SiO2膜3，获得厚度300μm的GaN自立基板。测定该GaN自立基板的{20-24}面及{11-24}面的X射线衍射半幅值的结果，各自为120秒及136秒。确认可获得结晶性优异的GaN自立基板。 [0061] 实施例4

[0062] 除了用TiN膜代替SiO2膜生长第二GaN层4以外，其余与实施例3相同来制作GaN自立基板。该GaN自立基板的{20-24}面及{11-24}面的X射线衍射半幅值各自为102秒及104秒，确认可获得结晶性好于实施例3的GaN自立基板。

[0063] 实施例5

[0064] 除了用Mo膜代替SiO2膜生长第二GaN层4以外，其余与实施例3相同来制作GaN自立基板。该GaN自立基板的{20-24}面及{11-24}面的X射线衍射半幅值各自为203秒及211秒，确认可获得结晶性好于实施例1的GaN自立基板。

[0065] 实施例6

[0066] 在设有卤气供给管及N源供给管的石英制管状反应容器内，在接近于卤气供给管的位置设置装有Ga金属的石英舟皿，同时在离开石英舟皿的位置且接近于N源供给管的位置，把与反应管垂直的直径2英寸的蓝宝石底层基板1固定设置到支架上。 [0067] 把装有Ga金属的石英舟皿加热至900℃的同时，把蓝宝石底层基板1加热至510℃，在该状态由卤气管向反应容器内引入载气氢气与HCl气体，由N源供给管供给载气氮气和氨气。HCl气体与Ga反应生成GaCl。根据GaCl与的NH3反应，在蓝宝石底层基板1上以30nm膜厚生长由GaN构成的缓冲层。

[0068] 把形成缓冲层的底层基板1的温度上升至1050℃，使用生成的GaCl及氨气作为源气体，以100μm/hr速度生长2小时GaN结晶，生长膜厚200μm的第一未掺杂GaN层2。6 2
第一GaN层2的位错密度为约1×10 个/cm。

[0069] 生长第一GaN层2后从应容器取出晶片。在第一GaN层2上形成SiO2膜后，由光4 2 2
刻法在SiO2膜3上以1×10 个/cm 密度形成开口面积10μm 的开口部31。 [0070] 把所得晶片固定在HVPE装置内的支架上。把装有Ga金属的石英舟皿加热至900℃的同时，把晶片加热至1050℃，在该状态由卤气管引入载气氢气与HCl气体，由N源供给管供给载气氮气和氨气。HCl气体与Ga反应生成GaCl。根据GaCl与的NH3反应，在SiO2膜
3上以100μm/hr速度生长3小时GaN，形成厚度300μm的第二GaN层4。

[0071] 与实施例1相同，由研磨或抛光去除蓝宝石底层基板1至SiO2膜3，获得厚度300μm的GaN自立基板。测定该GaN自立基板的{20-24}面及{11-24}面的X射线衍射半幅值的结果，各自为50秒及67秒。确认可获得结晶性优异的GaN自立基板。 [0072] 实施例7

[0073] 除了把SiO2膜3的开口部31的密度从1×104个/cm2变成1×103个/cm2 来形成第二GaN层4以外，其余与实施例6相同来制作GaN自立基板。该GaN自立基板的{20-24}面及{11-24}面的X射线衍射半幅值各自为26秒及32秒。确认可获得结晶性优异的GaN自立基板。

[0074] 将实施例1～7及比较例1、2中GaN自立基板的{20-24}面及{11-24}面的X射线衍射半幅值的测定结果示于表2。

[0075] 表2

[0076]

[0077] 实施例8

[0078] 如图2所示，在实施例1～7及比较例1、2获得的各GaN自立基板101上由有机金属气相生长(MOCVD)法形成氮化物系发光装置结构的外延层，制作LED元件。有机金属原料可使用三甲基镓(TMG)、三甲基铝(TMA)、三甲基铟(TMI)、二茂镁(Cp2Mg)。源气体使用氨气(NH3)、硅烷(SiH4)。载气使用氢气和氮气。19 -3

[0079] 首先，在GaN自立基板101上在1050℃生长掺杂1×10 cm Si的厚度4μm的n-GaN接触层102。接着在800℃生长作为活性层的，由各自厚度3nm的In0.1Ga0.9N构成的3层量子井层111和、由各自厚度10nm的GaN构成的4层阻挡层112交互层积构成而具有多量子井结构(MQW)的InGaN系活性层110。在活性层上依次形成厚度30nm的p-Al0.1Ga0.9N包覆层121及厚度200nm的p-GaN接触层122。

[0080] 从MOVPE装置取出形成有上述层的晶片，在p-GaN接触层122上设置含有Ni及Au的正极125的同时，在GaN基板101里面设置由Ti和Al构成的负极124。最后把晶片切断成350μm的正方形片，作为LED元件。对各LED元件样品通入20mA顺向电流，产生405nm的青紫色激光。将此时的发光输出及驱动电压示于表3。

[0081] 表3

[0082]

[0083] 图3及图4各自表示LED元件各样品1～9的{20-24}面及{11-24}面的X 射线衍射半幅值与发光输出之间的关系。从图3及图4可以知道，GaN自立基板的{20-24}面及{11-24}面的X射线衍射半幅值小于500秒时(样品1～7)，LED元件的发光输出超过大于500秒时(样品8、9)的两倍。并且GaN自立基板的{20-24}面及{11-24}面的X射线衍射半幅值大于500秒时LED元件的驱动电压也恶化。