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GALLIUM NITRIDE BULK CRYSTALS AND THEIR GROWTH METHOD

Foreign code F110004344
File No. E06742WO
Posted date Jul 14, 2011
Country WIPO
International application number 2008US077056
International publication number WO 2009/039398
Date of international filing Sep 19, 2008
Date of international publication Mar 26, 2009
Priority data
  • 60/973,662 (Sep 19, 2007) US
Title GALLIUM NITRIDE BULK CRYSTALS AND THEIR GROWTH METHOD
Abstract A gallium nitride crystal with a polyhedron shape having exposed {10-10} m-planes and an exposed (000-1) N-polar c-plane, wherein a surface area of the exposed (000-1) N-polar c-plane is more than 10 mm2 and a total surface area of the exposed {10-10} m-planes is larger than half of the surface area of (000-1) N-polar c-plane. The GaN bulk crystals were grown by an ammonothermal method with a higher temperature and temperature difference than is used conventionally, and using an autoclave having a high-pressure vessel with an upper region and a lower region. The temperature of the lower region of the high-pressure vessel is at or above 550 deg.C, the temperature of the upper region of the high-pressure vessel is set at or above 500 deg.C, and the temperature difference between the lower and upper regions is maintained at or above 30 deg.C. GaN seed crystals having a longest dimension along the c-axis and exposed large area m-planes are used.
Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】露出した{10-10}m面および露出した(000-1)窒素極性c面を有する多面体形状の窒化ガリウム結晶。

【請求項2】前記露出した(000-1)窒素極性c面の表面積が、10mm2より大きく、前記露出した{10-10}m面の全表面積が、前記(000-1)窒素極性c面の表面積の半分より大きいことを特徴とする、請求項1に記載の窒化ガリウム結晶。

【請求項3】前記結晶は超臨界アンモニア中で成長されることを特徴とする、請求項1に記載の窒化ガリウム結晶。

【請求項4】前記結晶は種結晶上に成長し、該種結晶はa面配向の窒化ガリウムウェーハであることを特徴とする、請求項3に記載の窒化ガリウム結晶。

【請求項5】前記a面配向の種結晶は、安熱法によって成長されたGaNブールをスライスすることによって得られることを特徴とする、請求項4に記載の窒化ガリウム結晶。

【請求項6】前記結晶は種結晶上に成長され、該種結晶はm面配向の窒化ガリウムウェーハであることを特徴とする、請求項3に記載の窒化ガリウム結晶。

【請求項7】前記結晶は種結晶上に成長され、該種結晶はc面配向の窒化ガリウムウェーハであることを特徴とする、請求項3に記載の窒化ガリウム結晶。

【請求項8】前記結晶はc軸に沿って最長寸法を有する棒状の窒化ガリウム結晶上に成長されることを特徴とする、請求項3に記載の窒化ガリウム結晶。

【請求項9】請求項1に記載の結晶からスライスされた窒化ガリウムウェーハ。

【請求項10】高圧容器内で窒化ガリウム(GaN)結晶を成長する方法であって、該高圧容器内の内室の下方領域を550℃以上に加熱するステップと、該下方領域と上方領域の間の温度差を30℃以上に維持しながら該内室の上方領域を500℃以上に加熱するステップとを備えた方法。

【請求項11】(a)アルカリベースの鉱化剤を高圧容器の底に、GaN種単結晶を該高圧容器の下方領域に、および、Gaを含む材料を該高圧容器の上方領域に装填するステップと、(b)前記高圧容器をアンモニアで充填するステップと、(c)前記高圧容器を密閉するステップと、(d)前記高圧容器の前記下方領域を外部ヒータを用いて550℃以上に加熱するステップと、前記下方領域と上方領域の間の温度差を30℃以上に保持しながら、前記高圧容器の前記上方領域を外部ヒータで500℃以上に加熱するステップと、(e)30日以上前記下方領域を550℃以上に、前記上方領域を500℃以上に維持し、前記温度差を維持するステップと、(f)300℃より高い温度で高圧のアンモニアを放出するステップと、(g)300℃より高い温度で前記高圧容器を開封するステップと、(h)前記高圧容器を冷却するステップとを更に備え、(i)前記高圧容器は、Ni-Crベースの合金からなり、鉛直方向に沿って最長寸法を有し、かつ、前記高圧容器の内室を前記上方領域と前記下方領域とに分割するための流れ制限板を有することを特徴とする、請求項10に記載の方法。

【請求項12】製造される前記窒化ガリウム結晶は、露出した{10-10}m面および(000-1)窒素極性c面を有し、前記露出した(000-1)窒素極性c面の表面積は10mm2より大きく、かつ、前記露出した{10-10}m面の全表面積は前記(000-1)窒素極性c面の表面積より大きいことを特徴とする、請求項11に記載の方法。

【請求項13】前記GaN種単結晶はa面配向を有し、安熱法によって成長されたGaN結晶からスライスされることを特徴とする、請求項11に記載の方法。

【請求項14】露出した{10-10}m面および露出した(000-1)窒素極性c面を有する多面体形状の窒化ガリウム(GaN)結晶であって、(a)アルカリベースの鉱化剤を高圧容器の底に、GaN種単結晶を前記高圧容器の下方領域に、および、Gaを含む材料を該高圧容器の上方領域に装填するステップと、(b)前記高圧容器をアンモニアで充填するステップと、(c)前記高圧容器を密閉するステップと、(d)前記高圧容器の前記下方領域を外部ヒータを用いて550℃以上に加熱するステップと、前記下方領域と前記上方領域の間の温度差を30℃以上に維持しながら、前記高圧容器の前記上方領域を外部ヒータで500℃以上に加熱するステップと、(e)30日以上に亘って、前記下方領域を550℃以上に、前記上方領域を500℃以上に保持し、前記温度差を維持するステップと、(f)300℃より高い温度で高圧のアンモニアを放出するステップと、(g)300℃より高い温度で前記高圧容器を開封するステップと、(h)前記高圧容器を冷却するステップとを更に備え、(i)前記高圧容器は、Ni-Crをベースにした合金からなり、鉛直方向に沿って最長寸法を有し、前記高圧容器の内室を前記上方領域と前記下方領域とに分割するための流れ制限板を有することを特徴とする方法により成長した窒化ガリウム(GaN)結晶。

【請求項15】前記露出した(000-1)窒素極性c面の表面積は10mm2より大きく、前記露出した{10-10}m面の全表面積は前記(000-1)窒素極性c面の表面積の半分より大きいことを特徴とする、請求項14に記載のGaN結晶。

【請求項16】前記GaN種単結晶はa面配向を有し、安熱法によって成長されたGaN結晶からスライスされたものであることを特徴とする、請求項14に記載のGaN結晶。
  • Applicant
  • ※All designated countries except for US in the data before July 2012
  • THE REGENTS OF THE UNIVERSITY OF CALIFORNIA
  • JAPAN SCIENCE AND TECHNOLOGY AGENCY
  • Inventor
  • HASHIMOTO, Tadao
  • NAKAMURA, Shuji
IPC(International Patent Classification)
Reference ( R and D project ) ERATO NAKAMURA Inhomogeneous Crystal AREA
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