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窒化ガリウムのバルク結晶とその成長方法 実績あり

国内特許コード P110004466
整理番号 E067P42
掲載日 2011年7月14日
出願番号 特願2010-526004
公表番号 特表2010-538966
登録番号 特許第5751513号
出願日 平成20年9月19日(2008.9.19)
公表日 平成22年12月16日(2010.12.16)
登録日 平成27年5月29日(2015.5.29)
国際出願番号 US2008077056
国際公開番号 WO2009039398
国際出願日 平成20年9月19日(2008.9.19)
国際公開日 平成21年3月26日(2009.3.26)
優先権データ
  • 60/973662 (2007.9.19) US
発明者
  • 橋本 忠朗
  • シュウジ ナカムラ
出願人
  • ザ リージェンツ オブ ザ ユニバーシティ オブ カリフォルニア
  • 国立研究開発法人科学技術振興機構
発明の名称 窒化ガリウムのバルク結晶とその成長方法 実績あり
発明の概要 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であって、露出した(000-1)窒素極性c面の表面積は10mmより大きく、露出した{10-10}m面の全表面積は(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窒化ガリウム結晶を提供する。GaNバルク結晶は、従来用いられているより高い温度と温度差で行う安熱法により、上方領域および下方領域をもつ高圧容器を有する耐圧窯を用いて成長された。高圧容器の下方領域の温度は550℃以上であり、高圧容器の上方領域の温度は500℃以上に設定され、下方領域および上方領域の間の温度差は30℃以上に保持される。c軸に沿って最長寸法を有し、露出した大面積のm面を有するGaN種結晶が用いられる。
産業上の利用分野

本発明は、窒化ガリウムのバルク結晶およびその製造方法に関する。

特許請求の範囲 【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面を有し、該露出した(000-1)窒素極性c面の表面積が、10mm2 より大きく、該露出した{10-10}m面の全表面積が、該(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多面体形状の窒化ガリウム結晶。

【請求項2】
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3】
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2に記載の窒化ガリウム結晶。

【請求項4】
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3に記載の窒化ガリウム結晶。

【請求項5】
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2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2に記載の窒化ガリウム結晶。

【請求項7】
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2に記載の窒化ガリウム結晶。

【請求項8】
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、該窒化ガリウム(GaN)結晶を成長するために、該下方領域と上方領域の間の温度差を一定時間30℃以上に維持しながら該内室の上方領域を500℃以上に加熱してから、300℃より高い温度で該容器からアンモニアを放出するステップとを備え、
該窒化ガリウム(GaN)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、該露出した(000-1)窒素極性c面の表面積が、10mm2 より大きく、該露出した{10-10}m面の全表面積が、該(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方法。

【請求項9】
(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、該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℃より高い温度で前記容器から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、請求項に記載の方法。

【請求項10】
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、請求項に記載の方法。

【請求項11】
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し、
(j)前記窒化ガリウム(GaN)結晶の前記露出した(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方法により成長した窒化ガリウム(GaN)結晶。

【請求項12】
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11に記載のGaN結晶。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2010526004thum.jpg
出願権利状態 登録
参考情報 (研究プロジェクト等) ERATO 中村不均一結晶プロジェクト 領域
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