| 主权项 |
1.一种块状氮化物单晶,其特征为包含至少一种选自第I族(IUPAC 1989)之元素及至少一种选自施体及/或受体及/或磁性掺杂剂之杂质,该单晶系以一种方法制得,该方法包括分别将第XIII族(IUPAC, 1989)元素原料溶解于一种超临界溶剂中,并且利用温度梯度及/或压力变化,使该超临界溶液相对于所需要之含镓氮化物产生过饱和,而在晶种表面上结晶所需要之含镓氮化物,且其为氮化镓之单晶,而且其与氮化镓六方晶格c轴垂直的平面中之横剖面表面积大于100mm2,厚度大于1.0m,而且其C平面表面差排密度小于106/cm2,同时其体积足以产生至少一个表面积至少为100mm2之可进一步处理非极化A平面或M平面。2.根据申请专利范围第1项之块状氮化物单晶,其中施体及/或受体及/或磁性掺杂剂之浓度为1017/cm3至1021/cm3。3.根据申请专利范围第1项之块状氮化物单晶,其中该施体系选自Si及O所构成之群,受体系选自Mg及Zn所构成之群,且磁性掺杂剂系选自Mn、Ni及Cr所构成之群。4.根据申请专利范围第1项之块状氮化物单晶,其中又包含钛(Ti)、铁(Fe)、钴(Co)、铬(Cr)或镍(Ni)等元素。5.根据申请专利范围第1项之块状氮化物单晶,其中系在一晶种表面上结晶。6.根据专利范围第5项之块状氮化物单晶,其中该晶种系一种氮化镓晶种。7.根据专利范围第6项之块状氮化物单晶,其中该单晶系一晶种呈平板状,其两个平行面与氮化镓六方晶格之c轴垂直,且氮化镓之块状单晶仅在该晶种之氮末端(000-1)面上结晶,而镓末端(0001)面被阻隔,以避免在其上生长氮化镓单晶。8.根据申请专利范围第5项之块状氮化物单晶,其中该晶种系由蓝宝石、碳化矽等制成之异质晶种,至少在其C平面上具有最上层氮化物缓冲层,其主要系由氮化镓组成,并在该缓冲层上结晶块状氮化物单晶,同时在该异质晶种其余表面之至少一个表面上覆盖保护遮罩。9.根据申请专利范围第5至8项中任一项之块状氮化物单晶,其中系在数个易于横向生长该氮化物之表面上结晶,此等表面系彼此分开,并且在该晶种其余表面上覆盖保护遮罩。10.根据申请专利范围第1项之块状氮化物单晶,其中在氮末端面上之表面差排密度接近104/cm2,同时该X射线摇摆曲线之最大値一半处的全宽(FWHM)接近60 arcsec。11.根据申请专利范围第1项之块状氮化物单晶,其中该单晶主要呈平坦状,使其扭曲小于20微米。12.根据申请专利范围第1项之块状氮化物单晶,其中该单晶之薄膜电阻位高于10E5 /cm2。13.根据申请专利范围第11或12项之块状氮化物单晶,其中该单晶至少为100m厚。14.根据申请专利范围第13项之块状氮化物单晶,其中该单晶之体积足以制造至少一个表面积至少为100mm2之可进一步处理非极化A平面或M平面。15.根据申请专利范围第11或12项之块状氮化物单晶,其中该单晶之表面积大于2 cm2,大于5 cm2(直径为1英寸)为佳,呈与其六方晶格之c轴垂直之平坦平面形式。16.根据申请专利范围第11或12项之块状氮化物单晶,其中又包含钛(Ti)、铁(Fe)、钴(Co)、铬(Cr)与镍(Ni)等元素。17.根据申请专利范围第11或12项之块状氮化物单晶,其中另外包含浓度自1017/cm3至1021/cm3之施体及/或受体及/或磁性掺杂剂。18.根据申请专利范围第11或12项之块状氮化物单晶,其系在一晶种表面上结晶。19.根据申请专利范围第18项之块状氮化物单晶,其中该晶种系一种含镓氮化物晶种。20.根据申请专利范围第19项之块状氮化物单晶,其中该晶种具有与该块状氮化物单晶相同之组成(同质晶种)。21.根据申请专利范围第20项之块状氮化物单晶,其中该晶种与该块状氮化物单晶主要由氮化镓组成。22.根据申请专利范围第18项之块状氮化物单晶,其中该晶种系由蓝宝石、碳化矽等制成之异质晶种,其至少一面上具有最上层氮化物缓冲层,并在该缓冲层上结晶块状氮化物单晶,同时在该异质晶种其余表面之至少一个覆盖保护遮罩。23.根据申请专利范围第22项之块状氮化物单晶,其中该最上层氮化物缓冲层与结晶在该缓冲层上之块状氮化物单晶主要由氮化镓所组成。24.根据申请专利范围第18项之块状氮化物单晶,其中系在数个易于横向生长该氮化物之表面上结晶,此等表面系彼此分开,并且在该晶种其余表面上覆盖保护遮罩。25.根据申请专利范围第18项中任一项之块状氮化物单晶,其中该单晶之结晶系在一同质晶种上,该同质晶种呈平板状,其两个平行面基本上与氮化镓六方晶格之c轴垂直,而且该块状单晶系结晶在该晶种所有表面上。26.根据申请专利范围第25项之块状氮化物单晶,其中该晶种与该块状氮化物单晶主要系由氮化镓所组成,而且该晶种呈平板状,其两个平行面((0001)与(000-1))与含镓氮化物六方晶格之c轴垂直,同时在该晶种两个此等表面上结晶两块氮化镓块状单晶。27.根据申请专利范围第26项之块状氮化物单晶,其中该单晶系结晶在一晶种上,该晶种其中一面((0001)或(000-1))与含镓氮化物六方晶格之c轴垂直,并覆盖以银制成之金属板。28.根据申请专利范围第26项之块状氮化物单晶,其中该单晶系结晶在一晶种上,该晶种其中一面((0001)或(000-1))与含镓氮化物六方晶格之c轴垂直,并涂覆以银制成之金属层。29.根据申请专利范围第26项之块状氮化物单晶,其中该单晶系在一晶种上结晶,该晶种其中一面(0001)或(000-1)系与含镓氮化物六方晶格之c轴垂直,藉由在该晶种之此一平面上,将具有相同尺寸之第二晶种的相同面(0001)或(000-1)排列成面对该第一晶种待阻隔之对应面,予以阻隔。30.根据申请专利范围第27项之块状氮化物单晶,其中仅在该晶种氮末端面(000-1)上结晶。31.根据申请专利范围第30项之块状氮化物单晶,其中该单晶表面品质优于可以在该晶种镓末端面(0001)上结晶之块状单晶。32.根据申请专利范围第30项之块状氮化物单晶,其中该单晶之表面差排密度低于可以在该晶种镓末端面(0001)上结晶之块状单晶。33.根据申请专利范围第30项之块状氮化物单晶,其中该单晶之电阻系数优于可以在该晶种镓末端面(0001)上结晶之块状单晶。34.根据申请专利范围第30项之块状氮化物单晶,其中该单晶之X射线摇摆曲线之最大値一半处的全宽(FWHM)値低于可以在该晶种镓末端面(0001)上结晶之块状单晶。35.根据申请专利范围第30项之块状氮化物单晶,其中该单晶之氮末端面上之表面差排密度接近104/cm2,同时X射线摇摆曲线之FWHM接近60 arcsec。36.根据申请专利范围第1项之块状氮化物单晶,该单晶系以一种方法制得,该方法包括将含镓原料溶解于一种超临界溶剂中,并在高于该溶解过程之温度及/或低于该溶解过程之压力下,在晶种表面上结晶氮化镓。37.根据申请专利范围第1或36项之块状氮化物单晶,其中该超临界溶剂包含NH3及/或其衍生物,而且包括第I族(IUPAC 1989)元素,至少包含钾或钠离子,该原料基本上由含镓氮化物及/或其先质所组成,其系选自包括叠氮化物、亚氨化物、胺基-亚氨化物、氨化物、氢化物、含镓金属化合物与合金,以及第XIII族(IUPAC 1989)之金属元素,尤其是金属镓。38.根据申请专利范围第37项之块状氮化物单晶,其中于制得该块状氮化物单晶之方法中,含镓氮化物的结晶作用系于压热器内,在温度为100℃至800℃以及压力自10MPa至1000 MPa,第I族(IUPAC 1989)元素离子对该超临界溶剂其余组份之莫耳比自1:200至1:2之下发生。39.根据申请专利范围第37项之块状氮化物单晶,其中使用硷金属或不包含卤素之硷金属化合物作为硷金属离子来源。40.根据申请专利范围第38项之块状氮化物单晶,其中系藉由调整溶解步骤之温度与压力以及结晶步骤之温度与压力,控制其结晶作用。41.根据申请专利范围第40项之块状氮化物单晶,其中系在400至600℃温度下结晶。42.根据申请专利范围第37项之块状氮化物单晶,其中系在具有两个区,即溶解区与结晶区之压热器中结晶,而且于结晶期间此二区之温差不高于150℃。43.根据申请专利范围第42项之块状氮化物单晶,其中系控制该具有两个独立区之压热器的结晶区内之超临界溶液过饱和现象,并使用隔开此二区之挡板,使此二区保持预定温差以控制此二区之间的化学(质量)转移时结晶。44.根据申请专利范围第42或43项之块状氮化物单晶,其中系藉由使用呈总表面积大于所使用晶种总表面积之对应氮化物结晶形式之含镓原料,达到控制具有两个独立区,而且此二区之间具有预定温差之压热器的结晶区内超临界溶液的过饱和现象。45.根据申请专利范围第1项之块状氮化物单晶,系其适用于氮化物半导体层之磊晶生长。46.一种块状氮化物单晶,其特征为呈A平面或M平面GaN单晶板形式,其具有表面积至少100 cm2之可进一步处理表面,且包含至少一种选自第I族(IUPAC 1989)之元素,且该单晶系以一种方法制得,该方法包括分别将第XIII族(IUPAC, 1989)元素原料溶解于一种超临界溶剂中,并且利用温度梯度及/或压力变化,使该超临界溶液相对于所需要之含镓氮化物产生过饱和,而在晶种表面上结晶所需要之含镓氮化物。47.根据申请专利范围第46之块状氮化物单晶,其进一步包含至少一种选自施体及/或受体及/或磁性掺杂剂之杂质。48.根据申请专利范围第46之块状氮化物单晶,其中该施体系选自Si及O所构成之群,受体系选自Mg及Zn所构成之群,且磁性掺杂剂系选自Mn、Ni及Cr所构成之群。49.一种块状氮化物单晶,其特征为包含至少一种选自第I族(IUPAC 1989)之元素及至少一种选自施体及/或受体及/或磁性掺杂剂之杂质,其为氮化镓之单晶,而且其与氮化镓六方晶格c轴垂直的平面中之横剖面表面积大于100 mm2,厚度大于1.0m,而且其C平面表面差排密度小于106/cm2,同时其体积足以产生至少一个表面积至少为100 mm2之可进一步处理非极化A平面或M平面。且在氮末端面上之表面差排密度接近104/cm2,同时该X射线摇摆曲线之最大値一半处的全宽(FWHM)接近60arcsec。图式简单说明:图1显示在包含钾胺之超临界氨中的GaN溶解度(于莫耳比KNH2:NH3=0.07下)于T=400℃与T=500℃时对于压力的依存度;图2显示本发明之磊晶术用基板一部分的萤光显微镜图;图3a显示块状氮化物单晶之样本的SIMS(第二离子质谱)轮廓,尤其是第I族金属含量高之本发明磊晶术用基板,而图3b显示以HVPE法制得,而且第I族金属含量低之氮化镓样本的对照SIMS轮廓;图4显示本发明块状氮化物单晶之(0002)平面的X射线摇摆曲线;图5显示实施例1中,在固定压力下,该压热器内部之温度随着时间的改变;图6显示实施例2中,在固定压力下,该压热器内部之温度随着时间的改变;图7显示于实施例3中,在固定压力下,该压热器内部之温度随着时间的改变;图8显示实施例4中温度随着时间的改变;图9显示实施例5中温度随着时间的改变;图10显示实施例6中温度随着时间的改变;图11至15显示实施例7至11中温度随着时间的改变;图16A~D、17A~D、18显示制造本发明三种范例块状氮化物单晶之后续步骤(其系由横向生长法形成);另外,图19与20显示光电装置的横剖面,该装置分别一种脊型雷射二极体,其系以本发明块状氮化物单晶形式之磊晶术用基板为基底,以及本文所述之氮化物半导体雷射装置。 |
