TW508836B

TW508836B - Method of growing single crystal GaN, method of making single crystal GaN substrate and single crystal GaN substrate

Info

Publication number: TW508836B
Application number: TW089113531A
Authority: TW
Inventors: Kensaku Motoki; Takuji Okahisa; Naoki Matsumoto
Original assignee: Sumitomo Electric Industries
Priority date: 1999-09-28
Filing date: 2000-07-07
Publication date: 2002-11-01
Also published as: EP1775355A2; EP1088914A1; CN100477089C; DE60033610T2; EP1775355A3; JP2001102307A; DE60033610D1; US6468347B1; CN1289865A; EP1818429A2; HK1094484A1; CN1870223A; CN1273654C; KR20010050558A; JP4145437B2; CN1908251B; KR100404865B1; EP1818429A3; EP1088914B1; CN1908251A

Description

五、發明說明（1 ) (產業上之利用領域）極:Γι!:;關於—種由3·5族化合物半導體所構成之發光二雷射（LD)等之發光裝置等所使用的⑽單結日玲及其結晶成長方法、製造方法。 (習知技術）、人」狹鼠化物系半導體（GaN、GalnN)之發光裝置已二义監色LED。因無法得到寬廣的⑽基板，氮化物半導體發域㈣專⑽用藍寶石作爲基板。藍寶石（Al2〇3) = (0001)面擁有6次對稱性，於其上形成GaN單結晶薄膜。監寶石上之GaN薄膜、GaInN薄膜有非常多移位。其亦可利用來作爲藍色LED ’壽命亦很長。藍寶石在化學上或物理上很堅SI亦具耐熱性，爲非常硬且安定的基板材料。因具有如此之優點，可單獨使用藍寶石基板作爲仏1111^系藍色LED基板。但，藍寶石基板具有如下之問題點。藍寶石基板無劈開面，而且爲極硬之材料。在晶圓上製造多數之LED元件，分割成晶片時，當然並非如一般之半導體般於劈開面自然地裟開。只有以機械裝置（dicing )縱橫地切斷晶圓而形成晶片。切割步驟會增加成本。作爲半導體雷射時，無法進一步藉劈開製成反射面。因此，就品質面有問題。進而造成用以製作反射面之成本很高的缺點。進一步藍寶石爲絕緣性基板。此亦引起各種問題。因是絕緣性，無法如一般之lEd以基板底面作爲電極。是故，無法於裝置之上下面製作電 -4 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） 508836 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製五、發明說明（）極。以蚀刻除去裝置的一部分，使GaN下層部露出，必須以此作爲η電極。爲了連接導線與電極，必須引線接合。於安裝下側電極之半導體層，電流於橫方向流動，但爲降低電阻，必須爲某種程度的層厚度。因此，下側半導體層會變厚。又，因於同一面製作二個電極，故很大的晶片面積乃必須。正因如此之理由，藍寶石基板上之GaN裝置成本會變高。爲解決此等藍寶石基板的問題，有時亦提出使用SiC基板。SiC單結晶有劈開面，可從此自然劈開。應可解決切割步驟、半導體雷射之共振器問題。SiC具導電性，可將下侧電極設於SiC基板的底面。因是電極，不須留空間，只要一次引線接合即可。但，SiC比藍寶石更高價，很難得到，供給上很不安定。進一步，於SiC基板上成長之GaN等薄膜之結晶性亦有問題。因成本高，SiC基板之GalnN系藍色LED 至今幾乎未實用化。敘述有關結晶性之問題。若使GaN結晶於藍寶石基板、 SiC基板上薄膜成長，GaN與基板材料之間的格子定數錯配，很多移位等的缺陷會導入磊晶層。因是不同材料且格子定數相異，故結晶性很差之問題。現在，市售之藍寶石基板的GaN系LED裝置的磊晶層（GaN、GalnN等）可謂存在 109 cnT2高密度之移位。 SiC基板之情形有些低，磊晶層存在108 cnT2左右之移位。 Si、GaAs等之半導體時若具有如此高密度之移位，不會 -5- (請先閱讀背面之注意事填寫本頁) -裝 -·線‘ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 508836 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製五、發明說明（）變成有效的裝置。爲製作裝置，S係無移位結晶不可或缺，GaAs係低移位結晶不可或缺。不可思議的事乃當GaN系薄膜時即使爲如此高密度的移位，作爲LED亦功能.正常。高密度之移位係不會妨礙GaN 系LED之實用化。因移位，亦不會進行劣化。GalnN系藍色LED時，高密度移位在LED功能上，特別沒有問題。作爲LED尚佳，但使用作爲LD時，如此很多的缺陷仍然存在，與LED相比較，特別高密度電流流動之L D時，缺陷會變成吸引金屬而格子構造混亂，擔心缺陷增殖出來。 GalnN系之藍色半飽體雷射係使用藍寶石基板來製作，但就壽命之點乃有問題。其係1 〇9cm_2多數的移位會限制 GalnN系之LD壽命。若檢討此等之問題點，本發明人認爲就GaN半導體裝置而言，最理想的基板爲GaN單結晶。若GaN單結晶用於基板，格子定數錯配之問題會消失。又，GaN因具有劈開性，晶圓被切成晶片之步驟乃很容易。可利用來作爲雷射時之共振器鏡面。而且，GaN結晶具有導電性，電極配置會被單純化。在如此之點，GaN單結晶最宜作爲基板。爲何是否使用GaN單結晶，乃因至今仍無法製造一擁有實用性大小之小型GaN單結晶。即使加熱固體原料亦無法形成GaN融液而會昇華。因無法成爲GaN融液，故不能使用由融液起始之巧克拉斯基法等。在超高壓化下液相（融液）與固相之平衡狀態應會存在，但要以超高壓裝置製造GaN單結晶乃極難。即使以超 -6 - (請先閱讀背面之注意事^!^填寫本頁) _裝 ·

本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 508836 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製五、發明說明（）高壓裝置可合成GaN單結晶亦爲小粒的結晶，作爲基板非常不宜。從平衡狀態製出大型結晶，巨大超高壓裝置乃不必要成爲商業基礎。本發明人研究有關技術上之問題，提案出一種通過帶窗掩膜而使GaN氣相成長以降低結晶缺陷密度的方法。此稱爲侧向全面生長成長法或只稱爲侧向成長法。依①特願平9-2983 00號②特願平10-9008號而提出本發明人之侧向成長法。此方法係在GaAs基板上設置條狀窗、點狀窗之掩膜，從掩膜上使GaN氣相成長，除去GaAs基板而得到GaN之結晶。此係製作1片之GaN基板的方法，但，於 ③特願平1 0- 102546號中提出一種方法，係將如此之GaN基板用於結晶種，進一步侧向成長而製造厚的GaN錠，切片而製出複數片的GaN基板。藉此等本發明人之新穎方法， GaN單結晶基板之商業基礎的製造乃始成爲可能。GaN因具有劈開面，故若GaN用於基板，可克服劈開之問題。因具有η型GaN基板，故於基上製造LED，可在η型GaN基板之底部設置η電極。在同一平面上不須設置二個電極，故可減少晶片面積。只要一根導線即可。如此，GaN基板可用來作爲LED基板。作爲LD基板時，可使用劈開面作爲共振器鏡面，故佳。但，此GaN基板至今尚有問題而不能成爲LD基板。 (發明欲解決之課題）爲實現藍色、紫色之短波長雷射二極體，進一步減少基板中之缺陷密度乃最大的課題已很明顯。因係在高電流密 (請先閱讀背面之注意事填寫本頁) 丨裝訂-

-丨線J 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ”年上"1^日^^13531號專利申請案明書修正頁(91年2月、 [、發明説明（5 度之嚴酷條件下使用的雷射二極體，故移位等之缺陷對雷 :特性或壽命有不良影響乃很明顯。特別為了延長雷射：可命，必頊使GaN結晶進一步形成低缺陷密度。就習知之方法，使用條紋形狀之掩膜而進行侧向成長， GaN結晶之移位密度（£1>£>)不會形成1 χ 1〇7咖·2以下。如此之GaN結晶亦可製作雷射，但，為製作長壽命之系雷射，GaN基板之EPD為lxl〇6 cm·2以下乃很強烈期望。，目前所到達之程度必須更進一步降低EpD。此處所謂長辱命乃意指1萬小時以上之壽命。纴本發明之第1課題乃提供i χ 1〇6 cm·2以下之低移位、、”曰曰本發明之第2課題乃提供如此之低移位QaN單體基之製造方法。 (為解決課題之方法）為解決上述課題，本發明係研究一種以氣相成長之結晶成長樣式。此處為降低以往所嘗試之移位，反覆有關作為結晶成長法之側向全面生長法。使用條紋掩膜等，進行GaN之侧向全面生長時，係例如記載於④電子情報通信學會論文誌V〇l J8l c_n、N〇. i、 ?58-64( 1998年1月）或©酒井朗、碓井彰「（^]^選擇橫向成長降低移位密度」應用物理第68卷第7號p774 · (1999)。其步驟表示於圖14〜圖17。圖14係於藍寶石基板五附著GaN，設置一朝^…之。^ 20]方向延伸之條紋窗掩膜2的狀態，掩膜所未覆蓋之部分 2成為開口部（窗）3。如圖15般，若氣相成長開始，從掩膜 ® 3優先地引起選擇成長，（1 1-22)面、（·卜122)面會優先

A7 B7 h年知正 ^__ 才^^〖13531號專利申請案明書修正頁(91年2月）五、發明説明（6 ) 地成長，形成小刻面5 ^是故，三角形之GaN區域4會延著窗而形成。來自基板1之移位會接連至GaN薄膜。以細線表示移位6的方向，因朝上成長，故移位6亦朝上進行。窗口埋藏後，如圖16般，GaN會從基板1上之掩膜窗渗出而朝橫方向延伸出去。其間，高度看不出有很大的變化。最前端為小刻面5、9(1 1-22)、（-1-122)。此乃朝橫方向成長。以細線所示之移位係自縱移位6朝橫方向彎曲而成橫移位7，並於GaN處可見轉向小刻面8。不久來自基板1上之相鄰掩膜2之窗之成長層令於掩膜窗中間合成一體而小刻面9被埋入。在鄰接窗之中間形成一移位集合之面缺陷11。表示於圖17/然後在c面（〇〇〇1)，進仃二次元的成長，且進行鏡面狀的成長，而成為具有鏡面表面12之GaN鏡面結晶10。當然，要進行鏡面狀之成長乃不易，但製作平坦平滑的GaN單結晶為目的所在，故在成長之中途必須一面維持一面成長。 .此時，從窗口朝橫方向滲出而於掩膜上成長的部分中，貫通移位密度很小乃已有記載。前述⑤係詳細考察其原因°⑤所述之掩膜所造成的移位減少之理由為如社曰 A, ' 、··口曰 9 °万向成長時，移位亦朝C軸方向延伸出去。朝e軸方向連續<移位為貫通移位。但，若在掩膜上結晶朝橫方向（與 c軸主直角方向）成長，大概的方向乃移位亦朝橫方向延伸。故認為正交於e軸之貫通移位會減少。在先前之報告例⑤中，係敘述在掩膜窗之中，相對於基板朝垂直成長後，開始朝橫方向成長。又，亦敘述在掩膜於自鄰接商經成長之結晶合體的部分會形成一面狀的缺裝訂

線 -9 -

508836 A7 B7 五、發明說明（經濟部智慧財產局員工消費合作社印製陷部。此面狀之缺陷係隨著膜厚增加而變小，膜厚成爲140 "m左右即消失亦已在④中報導。所以，藉由一使用附窗之掩膜的侧向全面生長而可使GaN之EPD —次即減少至1 〇7 cm*2 ° 本發明人亦研究如此之GaN侧向成長、觀察成長的詳細狀況。在以後之敘述中，爲與在一般磊晶成長所看到之 (0001)面亦即C面之二次元成長進行區別，C面以外之小刻面僅稱爲小刻面。延伸至掩膜上之結晶，係當膜厚爲6 "瓜左右時合成一體。然後，結晶係朝上方（0軸方向）成長。爲累積。面之二次元的成長、且一面維持平面一面成長。表面爲鏡面狀之平面。使成長膜厚從〇.2 mm變化至〇 6 mm而使各種之GaN 膜成長。結晶中之移位密度係些許降低，但無移位密度下降成IX 107 cm-2。此乃謂用來作爲半導體雷射之基板不充分0 本發明人對於移位不會減少之原因認爲如下般。只進行朝上之單純二次元成長（一面維持平坦性一面累積e面，亦即鏡面成長），係只於垂直c面的方向上移位繼續延伸。只要朝上自由地延伸，使移位消失般的機構不會發揮作用。故，/、要一面朝上嚴密地維持平坦性一面進行二次元成長，無法消除一旦產生之移位。 μ而且’在④、⑤等進行之鏡面成長（於全表面朝c軸方向以寺速度成長）尚有一個問題。鏡面成長之難點爲：成長溫度太高，而使GaAs形成基板時，因高熱，GaAs基板會破碎劣 -10-

(請先閱讀背面之注意事填寫本頁) ΛΨ 丨裝 · -線· 508836 五、發明說明（經濟部智慧財產局員工消費合作社印製化。只要藍寶石作爲基板，成長溫度告高並無特別問題，但若欲使GaAs作爲基板，必須更進一步降低成長溫度。本發明人欲使用GaAs基板。因比藍寶石易進行化學反應， GaN成長後可簡單地除去GaAs基板。亦有所謂之伏線。 •回溯移位之問題。爲降低移位密度，消除一旦產生之移位的任何機構乃必須的。單純地朝上方以一樣速度進行鏡面成長，移位不會減少。本發明人等認爲移位之消滅機構設於結晶中，直接保持此並進行結晶成長而可降低移位。研究有關-種方法，其係使移位消滅機構產生，直接使其存於内在並進行結晶成長。發現一種包括可消去移位之機構的結晶成長法。其爲本發明。本發明並非使平坦面產生，而是在產生小刻面之條件下進行結晶成長，不耗心'思於埋藏小刻㊆，至最後殘留小刻面。小刻面乃使移位消滅。本發明係首先發覺於小刻面具有移位消滅機構，且藉小刻面可減少移位者。鄰接小刻面雖擁有界面，但於小列面之界面可集合消去移位。小刻面之界面係成爲移位2 =合面，移位重合面之交線成爲移位聚集之多重線。若利刻面而減少移位，可得到比以往更低_次八乃〈上ϋ Cnf 2以下的低移位者。進一步更驚訝的是，亦可製作如104⑽2 〜5 X 1 03 cm·2的低移位之GaN單結晶。此處敘述之小刻面乃非指c面而是不與成長方白正>、面。一般之結晶成長係一面維持平坦面一面使之成長’故 f請先閱讀背面之注意事填寫本頁) --農 - 丨線· -11 - A7 如發生小刻面之成長係不佳。但本發明係顚倒此常識，以容許小刻面之發生、且小刻面在結晶成長中連續存在的方式降低移位。如此一來，可使至今未見到之例的低移位

GaN結晶成長。從此使製造低移位GaN基板一事成爲可能。作爲藍色、紫色半導體雷射用之基板爲最適宜的結晶基板。本發明之Ga.N成長樣式係敘述如下。 (1) 產生小刻面、而非消滅小刻面，使小刻面存在至成長的最後，在此狀態下進行成長。 (2) 小刻面係在與鄰接小刻面之間具有界面。 (3 )具有複數之小刻面的交點即多重點。藉此而首次實現1 06 cm·2以下之低移位GaN結晶。因不易理解，必須詳細説明。小刻面係謂垂直於成長方向之面（成長面）以外的面。此處係因朝c軸方向成長，故c 面爲成長面。c面以外乃謂小刻面。以後具體地敘述面或方向，此處適當地説明其定義。

GaN爲六方晶系（hexagonal )，爲表示軸方向或面方位，係採用一使用4個指數的表記方法。亦有3個指數之表記，但此處一律使用4指數的表現。a軸、b軸成爲12〇度，長度乃相等（a = b) ’正交於此等之c軸爲特殊的軸，不等於珏軸 (c* a)。只就a軸與b軸，表示ab面之方向時，因變成無對稱性，故想像設定再一個軸。此暫時作爲d軸。只以a、b 可充分地指定方位，但以不損及對稱性之方式，因係導入再另一軸d，故此等不互相獨立。欲以4個指數（Klmn)表現 -12- 本紙張尺度適用中國_標準(CNS)A4規格（21G x 297公釐1 - (請先閱讀背面之注意事填寫本頁) 裝線- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 508836 A7 in ------ 五、發明說明（）一個平行面群，此係從原點算起而第1片之面離橫切a軸、 b轴、d軸、c軸之點的原點之距離爲a/k、b/1 J d/m、 c/η。此係與其他晶系之情形相同的定義。但&、b、d軸係平面内所含的冗長座標，故k、1、m並非獨立，經常有 k +1 + m - 0之合計法則。關於ς軸係與立方晶等之情形相同。同等的平行面在c軸單位長度爲η片時，〇方向之指數成爲η。故4個指數之中，對於前3個具有旋轉對稱性，但後面一個（c軸）之指數爲獨立每個之面方位係以圓括弧（）表現。集合之面方位係藉波括弧{···}表現。所謂集合性係意指其晶系容許某面方位之全郅的對稱操作而可達到之全部面方位的集合。結晶方位亦藉相同的指數來表現。結晶方位係使用一與垂直於其 t面的指數相同之指數。個別之方位係以角括弧[]表現。集合方位以鍵括弧<···>表現。此等事情雖爲結晶學之常識，但爲避免混亂，進行説明之。負的指數係於數學之上劃橫線而表示之，直觀上易瞭解，亦爲結晶學之常規。但不能於數字之上劃橫線，故於數字之前賦以一負數表示〇 (請先閱讀背面之注音？事^^填寫本頁} 裝經濟部智慧財產局員工消費合作社印製朝C軸方向成長乃謂朝一擁有於6方向同等的軸之面進行成長。小刻面係謂c面（〇〇〇1)以外，若k、i、m之任—者不爲0，爲所謂的小刻面。但即使如此，有如下區別即從對稱性等亦表現之小刻面、及、不易表現、或未表現之小刻面。出現頻率高之丄要小刻面爲{1-212}、{1·211}、{n_2nnk}(n、k 爲 ^ -13-

-11· -I n n n n 1 , ：)觀

發明說明（經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 ▲ ) { 1 101 }、{ 1 - 102 }、{n-nok} (η、k 爲整數）等。如則述般，{·.·}爲集合性面之表示。例如{^^^面，若形成個別面，包含（1_212)、（2-1“2)、（ιΐ-22)、 1 2 ) ( 2 112 )、（_ 1 _ 122 )之6個面。此6個傾斜面（小刻面）乃形成後述之逆6角錐形狀核的面。但很煩雜，故不寫出6 :面之個別面指數。僅敘述所謂之{1_212}的小刻面，但實際上係指上面之6個同等的面。相反地，若即使表記爲 {2-1-12}、{U_22}等，此係與{1_212}完全相同集合等價京、在本發明中，成爲移位降低之原因的基本原理，認爲係於面方位相異之小刻面與小刻面的境界面，或，面方位相異 < 複數小刻面的集合多重點上，聚集移位等之缺陷的構發揮作用。因此’結晶内之移位等的缺陷會聚集於小刻面之境界面、小刻面之多重點，結果，結晶内之移位缺陷係依序減少，進展成高品質化。與此同時地，成爲缺陷集合部之小刻面的境界面、小刻面之多重點係缺陷會持續增加。本發明之概略原理係如以上般。以下進一步詳細説明本發明之原理。小刻面爲何會有聚集移位之作用乃很難瞭解。最初敛述有關在2個小刻面之移位的進行方向會彎曲，繼而，說明有關在具體的成長核的移位聚集。般之移位進行方向依存於結晶成長方向。GaN結晶時’掩膜窗口進行c軸方向之2次元成長時，移位會朝〇軸万向進行。若超越掩膜之邊緣，結晶成長會改變成朝掩膜 -14- 本紙張7度適格⑽x挪-㈤ (請先閱讀背面之注意事填寫本頁) —裝 l·---訂----- 修正 j聲裝:3531號專利申請案丨書修正頁(91年2月）五、發明説明（ 12 ^之橫方向的成長模式。若成長方向變成橫方向，移位之進行方向亦改變成橫方向。此係在側向全面生長之報告中已明顯揭7JT 〇 ▲圖14〜圖！7係表示側向全面生長之步驟。此雖已說明於 =但為慮及移位，再—次重複之。圖⑷系於基板上設置膜《狀％。圖15係表示於基板上使GaN成長之狀態。不被掩膜覆蓋之部份3，GaN(於c轴方向）會成長。因在掩膜上不成長’ GaN結晶4會呈三角畝狀。移位為朝正上方卜軸万向）°結晶外形之傾斜角預先決^。若進-步進行成長，如圖16所示般，結晶會伸展至掩膜上而朝橫向（ab面内）成長:移位7朝橫方向曲折。若再進_步進行成長，如圖17 斤示來自鄰接囪口之GaN結晶會在被覆部之中間點會合而再進一步朝上成長。於會合線丨丨形成很大的缺陷。移位有時會藉會合線而終止、消滅。習知之側向全面生長係會合以後成長呈平坦面（鏡面）丨2。 ^本發明並非鏡面成長’係使含有大量凹凸狀之小刻面進行成長。若此一來，不同小刻面交錯的部份會出現很多。凋查有關小刻面之交錯部，有二種情形。 (1)小刻面角度為180度以下時首先，不同面指數之小刻面間的構成角度化丨8〇度還小寺〜為乃境界線成為凸的情形。表示於圖1。畫成一在四角柱之上構成傾斜面4個錐體，但此係畫成一般之情形。僅考慮二個小刻面Fa、Fb，附帶斜線之斜面為小刻面。平均的成長方向為c轴方向。 15· 本纸張尺_中__NS) Α_2ι。χ 297公爱τ 裝訂線 13508836 發明說明（、然而，在小刻面之成長方向A、B係小刻 (法線投影於底面的方向。移位 „」長方向。小刻面狀之成長方向與移面者表示於圖2中。成長方向A與又〜於肩但朝外侧發散。小刻面乃呈凸進二進：万，^ 行。移位係從小刻面之境界線朝㈠ ^ , "、、不同的移位繞 ^此時，自由地接替基材結晶而進行結晶成長= 長面指數的差異所引起的雜質濃度之差，但對於移位^ 缺陷行爲錢滯於婦基材結晶的缺陷。故，減少的情事不會發生。圖3係表示成長之。夕」增加，移位密度不會改變。若小則 U正因厚廣右小刻面又錯角爲180度以下 (銳角），無移位減少效果。 (2)小刻面角度爲18〇度以上時經濟部智慧財產局員工消費合作社印製重要的是，不同面指數的小刻面構成之角度比刚度還大時…P境界線應爲凹時。圖4表示如此之情形。斜線部馬小刻面Fa、Fb。平均的成長方向爲C軸方向。在小刻面 (成長方向A、B係使小刻面建立之法線投影於底面的方向。移位進行的方向料於成長方向。圖5中表示小刻面狀（成長方向與移位的進行方向投影於底面者。成長方向 A與移位進行方向a係相等，但此等係朝内側收束。小刻面乃呈凹進行會合，故移位朝内進行。鄰接小刻面上之不同移位線於境界線進行公差。在境界線以移位的方向c之方式進行屈折。如圖6般，移位聚集於垂直境界線的面内。結晶成長以及聚集線m會逐漸上昇，故移位聚集線111之戟 -16- 508836 A7 ____ B7______ 14 五、發明說明（）跡會成爲面。此爲面狀缺陷部K。面狀缺陷部K可成爲小傾角粒界。面狀缺陷部K爲二個小刻面F a、Fb之二等分面。存在於小刻面上之移位係如此地被面吸收而從小刻面消失掉。集聚於面狀缺陷部K之移位線係朝斜内向進行，故逐漸地滯留於中心線上。是故，移位會從面上減少，滯留於中心線上。此乃本發明之移位降低的基本原理。小刻面之交錯角度若爲180度以上（鈍角），未必有如此之移位減少效果。其次，敘述有關面指數相異之複數小刻面具有多重點時。爲與圖4〜圖6相同者，但圖7係更具體地描繪小刻面之集合（核）。實際上若觀察小刻面出現之GaN成長，不會成爲如圖1〜3的突起。成爲圖4〜6之凹部（核）。本發明係欲巧妙地利用小刻面之如此的非對稱性。經濟部智慧財產局員工消費合作社印製圖7係相當於{1-212}面構成之逆六角錐£(3钔顶-0。圖8 係朝核之c面的投影圖。平均的成長方向爲c軸方向。在核内，成長方向A、B···係垂直於其面的方向、或以平行朝小刻面的橫方向線正交於表面的方向。在平坦表面之成長方向爲c軸方向。沿著小刻面之成長方向A、B••而移位線延伸而去。在Fa之移位的進行方向a係與A平行。在^^之移位的進行方向b係與B平行。6個角錐面（小刻面）係以同一速度進行成長，故移位不久即抵達境界線瓜。爲所謂超過境界線m而移位朝亂接小刻面延伸之問題，但某小刻面之成長方向B與移位進行方向1}乃平行。鄰接小刻面之成長方向係與其小刻面之成長方向相差6〇度。若構本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 x - 17-

13531號專利申請案瓮明書修正頁(91年2月、 Α7 Β7 五、發明説明（15 ) 成鄰接小刻面狀之移位，必須其移位亦曲折6 〇度方向。此乃不可能，亦即，移位不可能超越境界線m。故，在境界線m會消失，或沿著境界線朝向中心。境界線瓜為結晶之特殊線，故允許移位潛入。實際上，因係平均地朝上成長，故核一點一點地埋入。僅f如此’核不會變小係上方之開口部擴展開來。若使在表面之c軸方向的成長速度為v，對於小刻面之表面的傾斜為0，在小刻面之成長速度為Vsin Θ，核之大小為不變，只以V的速度朝上方進行上昇。早先的移位會成長同時必埋入結晶之中。亦即，移位線係埋進境界線〇1之中^移位進入境界線m，故在其他之區域的移位會減少。移位埋入相鄰之小刻面的二等分面中。此面稱為面狀缺陷部K。此表示於圖9中。面狀缺陷部κ係有關核中心線，以旋轉對稱互相呈6 〇。之角度的面。成長發生於上方向，故位於境界線c之移位會推移至中心方向。然而，移位之集合在境界線滑落而滯留於中心軸線。此為圖9之多重點d的下方連續之線狀缺陷部l。圖1 0顯示該小刻面凹部之平面圖。在多重點D係來自其他的小刻面境界的移位、小傾角粒界等會合流、全部聚集。如此一來，形成6個小境界面之核内的全部移位會聚集於多重點D。移位之若干會在其推移之中途消滅。其餘會凝集而殘存多重點D。 θ 集合於多重點之移位等的缺陷係成長同時並在多重點之垂直下方殘留成為線狀之移位缺陷集合，為線狀缺陷部L。其他’在小刻面境界之下方亦殘留帶狀之缺陷（面狀缺 -18- 本纸張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(210 X 297公釐) 16508836 發明說明（線）K，且亦殘存小傾角粒界。 =集移位之帶狀的面缺陷、小傾角粒界、線狀缺殘存於結晶中。故難謂移位不減少。移位之大部分會^ 境界線時’進行消滅。從境界線集合於多重點時，亦ς行消滅。進-步，聚集於非常㈣之區域㈣位，係藉相互作用而消滅。例如，藉刃狀移位間之碰撞而消失。故長同時缺陷密度會減少掉。面狀缺陷、線狀缺陷等之缺陷的集合體形成係均盘成長條件有關，依成長條件之最適化而可減少集合體，依成長條件係有時小傾角粒界等之面缺陷會消失的情形。此時之結晶性乃良好。依成長條件係亦有時多數之移位會聚集於帶面狀之面缺陷、小傾角粒角、線狀缺陷的集合體附近而被觀察到。線狀缺陷寺係蝕刻核被算成一個。簡而言之，若—個多重點 D平均例如聚集104個移位，蝕刻核減少至⑺4。至：’已詳細敘述本發明之移位減少方法。但仍有未觸及（重大問題。至此已敘述的方法係在此時點小刻面部存 :之部位的移位降低法。若即使在結晶之一部分亦有。軸成長（郅Μ鏡面成長），在此部分係完全無移位降低之效果。c轴成長之情形下，正因移位朝e轴方向遷移而不會減少0 圖U中表示結晶之縱斷面。斜線部軸成長部，空白部W爲小刻面成長部。圖11#朝成長方向此等斷面不變的情形。以e軸成長部s，與、小刻面成長部胃之境界作爲q。 (請先閱讀背面之注音？事填寫本頁) 裝

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -19 發明說明（17) 充界q朝成長方向爲不變。空白部分w有前述之移位降低效果。但在斜線邵s，移位不減少。以最初之EpD作爲q，此乃被保存於斜線部，故在小刻面成長部之EPD即使爲0，最、、之EPD會成比例分配，即epd = Qs/(s+w)，降低效果爲 s/(s + w)。此項多成爲1/2或1/3左右。但，本發明如實施例所述般，爲造成1/1〇〇〇〇左右之減少效果。即使關於此點，本發明人已準備巧妙的解決對策。其決對策敘述如下。在GaN結晶之成長巾，小刻面之$成方法係依存於成長 :件：例如，依據NH3分壓、GaN成長速度、成長溫度、乱動万式等的成長條件。技巧地控制此等的成長條件而不引起鏡面成長，致產生小刻面成長。與習知方法相反地，避免鏡面，選擇小刻面。小 J嶮成長/皿度愈兩愈易形成鏡面（c面成長），很難產生由 ϋ =溫度愈低，愈易小刻面成長。成長速度愈慢， :易叙面成長’很難產生小刻面。若提高成長速度 2小刻面成長。若随3分壓低，易形成鏡面 =Η3分壓，可使小刻面成長。-分壓愈低，愈：亦即=二，若/高HC1分壓，易成爲小刻面成長。产右形成叙面成長之相反條件，可進行小刻面成長。在GaN結晶之成長中，使此等之成長條件面之存在區域朝诺女A料几而'J褒看m = 任—區域均朝厚度方向_ 驗。稱：有小刻面成長之經驗。所謂小刻面成長之經馬小刻面成長歷程」。使條件隨時間變動 18508836 A7 五、發明說明（面積中任一處具有小刻面成長之歷程。小刻面成長之部八係因移位之種消失，即使以後鏡面成長亦無移位存在。二由：此万法，可於全表面達成移位密度化。結晶斷面朝： =度取爲Z、。成長厚度正比於時間，故高度2正比於時間t。就時間t而τ ’成爲包含所謂歷程之時間的表現。結晶三次元座標（Χ, y，Ζ)，定義小刻面特性函數w(x，y 此係若（X，y，z)爲小刻面成長部分取以，若並非如情形取爲〇之値的特函數。 w(x，y，Z) = 〇點（X，y，z)爲鏡面成長 W ( X ’ y，z ) = 1點（X，y，z )爲小刻面成長二次元之歷程特性函數w(x, y)係從表面點（χ，灼放下垂線’ z方向之任一處’小刻面成長w(x，y，ζ)=ι，則點（X y)(w作爲丄，z方向之任一處亦無小刻面成長時’ y)之w作爲〇的函數。如（x， w(x，y) = maxz{ W(x? y，z” 所疋義之歷程特性函數。此若爲丨，在z方向之任一處進行小刻面成長。在表面全體若形成w(x，y)=1，全面擁有7 刻面歷程。但，即使在表面全體w(x，y)=i，在對於任意

之Z的Xy面，未必成爲w(x，y，z)=1。在某時刻（某X 平面)，若有成爲w(x，y，Z)=1之點很多的事情，在表面^ 體成爲W(x, y)=l。 Η 1 2表示如此情形之成長面的縱斷面。空白爲小刻面成 (請先閱讀背面之注意事填寫本頁) -裝經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -21 - 508836

長邵（核成長部）W。此係具有吸收移位之作用。在成長之初期暫時有小刻面成長區域（空白）的寬廣時。此時，小刻面成長區域乃移位被面狀缺陷與線狀缺陷吸收。然後，在其上之部分即使引起c軸成長亦無移位之種，故移位不存在。在圖1 2中，即使在斜線部（鏡面成長部），若其下方一旦存空白（小刻面成長），亦幾乎無移位。是故，當成長終止’斜線邵（鏡面成長邵）面積即使變大亦爲低移位者。圖1 3係更極^者。成長之初期於全面產生小刻面成長之方式形成（空白）。此處因產生小刻面成長，故被低移位化。以後改變成長條件而即使c軸成長（鏡面成長）亦無移位之種，故移位不會被傳遞。藉由如此之橫向小刻面成長區域的作用，而可於全面進行低移位化。經濟部智慧財產局員工消費合作社印製觀看軸方向而何處若有小刻面成長之歷程，其後即使^軸成長，移位之數目亦很少。所以，在某時刻某高度之面的移位分布，不依在其高度之小刻面區域、鏡面區域之分布而定。在至此之成長中若有小刻面成長，移位會下降。至此雖已説明了藉小刻面成長而使移位集中於線狀缺陷故移位會減少，但這樣的話可觀看到移位比例只分配於小刻面面積F與鏡面之面積（W_F)。如此的話移位急劇減少應不會發生。本發明幻0人10-3的次方減少移位，但其原因在於縱方向之全部的小刻面成長歷程可有效發揮。賦予如此之小刻面成長的歷程係僅可能成長初期有效果:製作特別長的錠時φ，僅可能在成長初期賦予小刻面歷私之操作在業上很有用。賦予小刻面歷程係只要降低 22- 508836 A7 20 五、發明說明（成長溫度、提高HC1分壓、提昇NH3分壓、提高成長速度等之任一種方法即可。又，小刻面成長歷程賦予作用係於成長中，有時亦隨著結晶成長部附近之條件變動而變得自然的情形。如此一來，一面減少移位一面進行本發明之GaN結晶成長。在本發明之GaN結晶中存在著帶面狀的面缺陷、小傾角粒界、線狀之移位缺陷集合體等。包含此等之區域以外的區域，移位幾乎不存在，成爲無移位區域。最終使用來作爲基板時’貫通移位密度極少而可大大地改善結晶性。即使作爲LD之基板亦可成爲充分實用之低移位GaN單結曰珥以上説明之本發明GaN結晶成長法的基本概念歸納於下。 (1) 移位會朝小刻面與小刻面之境界部移動以降低移位。 (2) 移位會集合於小刻面境界下部以形成缺陷面（面狀缺陷部）。線 (3) 在複數小刻面交錯之多重點中的移位會以合流、封入防止移位擴散。 (4) 移位會集合於多重點下部以形成線狀缺陷部。經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 (5) 小刻面成長歷程保有區域之擴大以増加低缺陷部。藉由此等之作用，本發明除多重點以外移位缺陷幾乎不存在而可知到只在多重點具有移位缺陷之單結晶。多重點係以EPD之觀測來計算—個蝕刻核。若一個多重释 (線狀缺陷)例如平均可聚集1〇4個移位，最初有ι〇8心2移 -23- 本紙張尺度適_用中國國家標準（CNsilTiFuK} X ^ 508836

發明說明（經濟部智慧財產局員工消費合作社印製位時，可將移位減少至1〇4 cm·2的程度。以上’說明本發明士苴女 . 基本碩知。進一步詳細説明本發 m係如至此所敘述般，一種單結晶GaN之結晶成 :係以氣相成長之成長表面爲非平面狀態，且具 =二m]、刻面構造之方式，不埋人小刻面構造而使之成長，以減少移位（根據申請專利範圍第β)。㈣，不成爲鏡面而在可成爲鏡面之條件下，使⑽成長。人元的]刻面構造乃意指具有小刻面之研缽狀核，或，具有小刻面之核的複合體等（根據申請專利範圍第2 項）。進-步本發明係、—種單結晶GaN之結晶成長方向，其係直接擁有小刻面構造，在小刻面之境界部對於平均的成長面略呈垂直地具有面狀之缺陷，同時並減少移位(根據申請專利範圍第3項）。或’本發明亦可爲一種單結晶GaN之結晶成長方向，其係直接擁有小刻面構造，在複術之小刻面的多重點對於平勻的成長面略呈垂直地具有線狀缺陷之集合部，同時並減少移位（根據申請專利範圍第4項）。成爲成長核時，{ 1 1 - 2 2 }面最多出現成爲其侧面。故，成爲被六個同等之{11-22}面所包圍之逆六角錐狀的核乃很夕繼而’有時亦出線{ 1 - 1 〇 1 }面。其情形係依前述之 { 1 1-22}與{丨-101}而成爲逆12角錐狀之核。小刻面幾乎成爲凹邵（核），不會成爲隆起（突起部）乃爲已知。小刻面I 王要者爲 Ul-22}、{1-211}、{n-2nnk}(n、k 爲整 (請先閱讀背面之注意事^^填寫本頁) 丨裝 J^T·

-丨線L -24 本紙張尺㈣財 ^ (210 X 297 ^ ) A7 A7 五、發明說明（22) 數）、{1-1011、/ ! 本發明進—:}、{n-n〇k}(n、k為整數 > 等。構造而進行”心晶成長万法，其係不埋入小刻面核部，且f+认日日長，以形成由二次兀的小刻面所構成之 ^. 、：平均的成長面略呈垂直地具有線狀缺陷之集合邵，以竑Φ欽A t 入旧4本第 A /，使GaN單結晶成長（根據申請專利範圍一本發明《-種單結晶GaN之結晶成長方法，其係由三次 =的j刻面構造所構成之核，且於小刻面之境界線的下有圍帶:狀之面缺陷’使之成明專利乾園弟6項）。本發明進一步作 ^ ut,,. 木一、A _ / ir、一種早結晶GaN之結晶成長方法，其係田一 /入兀的小刻面構造所構成之核構造為逆六角錐時，存在於核之小刻面之境界線的下部的帶面狀之面狀具有㈢的角度存在，使之成長，以減少移位(根據;“ 專利範園第7項）。、裉羅申叩、本，係一種單結晶—之結晶成長方法，其係於伽、…叩成長中，小刻面之存在區域朝橫方向變化，即使在任意又區域中朝成長方向（縱方向）擁有小刻面成長之歷私，俾減少移位（根據申請專利範圍第δ項）。三次元的小刻面構造所構成之核的小刻面係以！丨_22面時為最多。核部下部對於平均的成長面約垂直存在之帶面狀面缺陷的面方位係丨丨_20(根據申請專利範圍第i0項）。其時，帶面狀面缺陷有時亦存在成為小傾角粒角（根據申請 (請先閱讀背面之注意事^^填寫本頁) 裝訂· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -25- A7 B7 五、經濟部智慧財產局員工消費合作社印製發明說明（專利範圍第1 1項）。雖只一面維持小刻面一面使之成長乃很重要，就本發明而言，GaN之成長方向爲任意的。尤其若平均的成長方向爲c軸方向’移位降低之效果會更大（申請專利範圍第$ 项）。爲得到本發明之移位降低效果，在氣相成長中及成長後心GaN結晶表面中，對於結晶表面之總面積w ,且三次元之小刻面構造的表面凹凸部面積F之比率F / W爲1 〇 %以上爲必要的（申請專利範圍第15項）。此處所謂三次元的小刻面構造係包含一由小刻面所構成之核與核的複合體者。土爲進一步得到移位降低效果，對於總面積w之小刻面面積F的比率F/W宜爲40%以上（申請專利範圍第16項）。爲降低移位，必須藉三次元小刻面構造被覆某程度以上之面積。更有效地減少移位，宜使小刻面面積比爲8 〇 %以上（申請專利範圍第17項）。若成爲8〇%以上，由成長核所構成^ 小刻面構造時，成長核係互相連結在一起。進而，含有二次元之小刻面的成長核與其複合體的全部乃互相連結，（面部不存在於表面（F/w=i〇〇%)時，移位削減效果最顯著（申請專利範圍第1 8項）。以上敘述者係出現成者表面者乃擁有明確的方位之小刻面情形。但不具有明確的方位小刻面之成長核乃占有表面時，亦具有同樣的移位降低效果，此事已經確認。例如，帶圓形之逆六角錐狀的核存在之情形。即使並非核面具有私紙張尺度適用中國國家標準“SM4規格（210 X 297公楚） (請先閱讀背面之注意事填寫本頁) 裝 508836

五、發明說明（24 ) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製明確的方位之小刻面，亦與小刻面同樣地可減少移位。即使由帶圓形之曲面所構成，亦形成核狀（凹部），故移位線在面之接合處會相會合並消失。本發明係在氣相成長後表面中之成長核及成長核的複合體，乃亦含有偏離小刻面之曲面的情形（申請專利範圍第 19項）。同樣地，氣相成長後表面中之成長核及成長核的複合體所構成之表面凹凸部，其相對於總面積之比率爲 10%以上，且亦包括一全部的面含有偏離小刻面之曲面的小刻面所構成情形（申請專利範圍第2〇項）。、具有三次元小刻面之核徑或具有小刻面之核的複合體處 (核徑，罝從10 " mS 2000 /z m(申請專利範圍第29項）。核徑若太小，移位降低效果乃很小。若核徑太大，研磨時之損失會變大且不經濟。 (發明之實施形態）於以上所説明者係GaN的成長法。爲成爲GaN基板必須進—步如以下:之步驟。在氣相成長中，表面爲非平面狀態且擁有三次元的小刻面構造而使低移位的GaN單結晶成長0 擁有此小刻面構造而使之成長的低移位GaN單結晶經機械性加工而賦予平面性，進一步研磨表面而得到一擁有平坦平滑的表面之單結晶GaN基板（申請專利範圍第12項）。用以賦予平面性之機械加工有時爲研削加工（申請專利範圍第14項）。或，用〃賦予平面性之機械加工亦可爲切片切割加工（申請專利範圍第丨3項）。 -27- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21Q χ 297公1) —-—-- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ，裝 -n m^(0、i 11 n n i an n a— -

508836 A7 B7_ 五、發明說明（25) 本發明之結晶成長方法係以氣相成長實施的。GaN之氣相成長法有：〇HVPE 法（Hydride Vapor Phase Epitaxy) 〇MOCVD法（有機金屬化學蒸鍍法；Metallorganic Chemical Vapor Phase Deposition) 〇MOC法（有機金屬氯化物氣相成長法；Metallorganic Chloride Vapor Phase Epitaxy) 〇昇華法本發明即使使用此等之方法任一者亦可實施。此處，說明有關一種認為最簡便且成長速度亦快之Η V P E法的情形。所謂HVPE法係於熱壁型之反應爐的上流部設有G a晶舟，對經加熱之G a融液吹入HC1氣體，於反應爐之下流部設有基板，吹入N Η 3，對經加熱之G a金屬（融液）吹入 HC1，以合成GaCl，朝下方送入，於下方與NH3反應，合成GaN，GaN會堆積於基板上者。使用於GaN成長之基板，係以藍寶石、SiC、S i、尖晶石 (MgAl204)、NdGa03、ZnO、MgO、Si02、GaAs、GaP、 GaN、AIN等之單結晶基板為適宜（申請專利範圍第23 項）。不介由掩膜，而直接於此等基板上使GaN成長。介由掩膜亦很有效（後述）。此等就格子定數或熱膨脹率之點以 GaN基板為適宜。朝c軸方向使GaN單結晶成長時，必須使用一種對軸旋轉且具有六次對稱性或三次對稱性之單結晶基板。亦即，結 -28- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐) " (請先閱讀背面之注意事填寫本頁) 裝 -丨線‘ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 508836 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制衣 A7 _ B7_ 26五、發明說明（）晶系爲六方晶系（hexagonal symmetry)或立方晶系（Cubic symmetry)之單結晶。立方晶系時，若使用（1 1 1 )面，有3 次對稱性。上述者係依所生成時之溫度或壓力而有時亦會得到二種以上之晶系。此處，以上述物質選擇六方晶系、立方晶系者。藍寶石、SiC、Si02、NdGa03、ZnO、GaN、A1N 等可使用六方晶系之單結晶。S i、尖晶石、MgO、GaAs、GaP等可使用立方晶系之（1 1 1)面基板。此系以c面使GaN面成長者，但以c面以外爲表面時，基板之表面亦與此相異。必須符合與GaN基板之對稱値。供GaN成長之基板，亦可使用於表面設有一具有開口部之非晶質或多結晶物質的掩膜層之藍寶石、SiC、S i、尖晶石（MgAl204)、NdGa03、ZnO、MgO、Si02、GaAs、 GaP、GaN、A IN等單結晶基板（申請專利範圍第25項）。掩膜之使用有助於GaN結晶之低移位化。掩膜之設置方式亦可有2種類的選擇。一種係於基板上直接形成掩1¾之方法。此時^先建立系晶層’於窗口的内部基板露出面堆積GaN緩衝層等之研究爲必須的。再另一者係於基板上預先形成薄的GaN層，而於其上形成掩膜的方法。後者乃成長會順利地進行，更佳之情形乃很多。掩膜必須擁有許多開口部（窗口）。GaN結晶只於開口部成長。在掩膜上GaN不會開始成長。掩膜係用以實施侧向成長（Lateral overgrowth)者。 _ 掩膜窗口之形狀亦有幾種選擇。 29 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐) (請先閱讀背面之注意事填寫本頁)

I •裝 .. -丨線. A7五、發明說明（經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 ^形狀·.·！]形、正方形等獨立之點乃規則地分布者。使、成長時，苴鄰接之3個窗口形成正三角形之頂點的万式進行排列。列之古Λ ②上万向係千仃於某低次之結晶方位。 4 ·、紋狀·、.·父互地設置多數的平行帶狀被覆部與開口部 a被覆4〈幅、開口部之幅、或節距乃變數。帶狀被覆邵、開口部係呈平行於某低次之結晶方位。開口部、被覆郅長度相等於基板之長度。 ^有限長‘紋形狀·..設有有限長之帶狀開口部者。除被覆 F之幅寬、P开’口邵之幅$、節距、方位外，開口部長度亦爲變數。一使用此等具有窗口的掩膜之成長，與無掩膜之成長比較，從初期之階段，具有可降低缺陷之效果。 ^具掩膜之基板，或，無掩膜的基板上，使一具有許多小刻面足GaN結晶氣相成長。其後，使具凹凸之表面藉研削加工而進行平坦平滑。基材基板與上方之GaN結晶的材料相異時，亦可藉蝕刻、研削加工而除去基材基板。除去基材基板，研削研磨基板側而背面亦可加工成平坦。此係製作1片GaN晶圓時。使厚的結晶成長，而再切割而亦可製作複數片的晶圓（申請專利範圍第2 7、2 8項）。因此’在藍寶石、SiC、Si、尖晶石（MgAl204)、 NdGa03、ZnO、MgO、Si02、GaAs、GaP、GaN、A1N 等之單結晶基板上，使GaN成長呈複數片份的厚度而成爲錠後’朝與軸垂直的方向切片切割而可得到複數片之晶圓（申 -30- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） (請先閱讀背面之注咅？事填寫本頁) 1 裝 · ••線」 508836 A7

填 * I裝頁I 請先閱讀背面之注意事項j

I I 訂 • I I βί 508836 A7

面、背面，可製造單結晶GaN單體基板（申請專利範圍第μ 項pGaAs基板（除去易藉由王水等之濕式㈣。- 以如此所得到之單結晶GaN單體基板作爲結晶種，進一步可使GaN結晶成長。以GaN單體基板作爲結晶種，於並上成長表面爲非平面狀態’擁有三次元的小刻面構造，直接擁有小刻面構造，尤其直接具有由小刻面所構成的核、及核複合ft，不埋人小刻面構造而使低移位之⑽結晶成長呈複數片份的厚度’朝垂直軸方向切片加更而成爲複數片的晶圓’藉研磨加工而可量產GaN單體基板（申請專利範圍第3 0項）。經濟部智慧財產局員工消費合作社印製如此所得到之GaN基板，係最後進行研磨加工，但成爲本發明成長樣式所反映之GaN基板。氣相成長之成長表面爲非平面狀態，直接擁有三次元的小刻面構造，不埋入小刻面構造而使GaN結晶成長，以降低移位。所聚集之移位係具有線狀缺陷之集合部，其線狀缺陷集合部之密度爲 1〇3 cm·2以下（申請專利範圍第21項）。線狀缺陷集合部之密度測定方法有二種。一種係以 CL(陰極發光）進行測定的方法。對試料侧施加負電壓，並對試料照射電子束，則會藉電子而激發結晶内之電子。此回到原先之狀態時會產生光。調節電子加速電壓，價電子帶之電子會被傳導帶激發而回復時所產生的光，係擁有相等於能帶幅寬之能量。若觀察一來自能帶端之發光所得到的掃瞒像，核部被觀察到爲白色區域，以c面作爲成長面而成長的區域，係被觀察到爲黑色區域。此等之線狀缺陷部 -32- 補Μ ^13531號專利申請案表冰說明書修正頁(91年2月、五、發明説明（3〇 ) 被觀察到為核面成長部即白色區域中之黑點。故計算在cl 中某面積中.的黑點數目而除以面積，即可知線狀缺陷的密度。又，另一種測定方法為蝕刻核密度的測定。線狀缺陷係以如下之方法而觀察到很大的姓刻核。在_加熱至之硯酸、磷酸的混合酸中，為測定，蝕刻GaN單結晶基板，计算其表面之核數目所測定的。、:般之移位頂多為數㈣徑之㈣核，但此等線狀缺陷部被觀察到為10/z m至數十徑之很大的六角形蝕刻核。若觀f如此之很大六角形狀的蝕刻核密度，密度被觀察到為 ΙΟ5 cm·2以下。在此缺陷之集合部很大的蝕刻核以外，亦被觀測到起因於一般移位之很小的蝕刻核，此等合計之密度為1 06 cm·2以下（申請專利範圍第22項）。[實施例] [實施例1 (藍寶石上、無掩膜成長+研削加工）] 於圖18(&)-(〇表示實施例1之步驟。於基板21之上賦予一有窗口的掩膜22。無掩膜的部分成為開口部，一般稱為掩膜窗2 3。基板可為藍寶石、GaAs等前述之任一基板。經由窗口而使GaN結晶氣相成長。避免鏡面條件，以小刻面成長之條件使之成長後，如圖18(1))般，小刻面以成為一出現無數凹凸之表面。有時亦存在些許鏡面$。使凹凸表面進行研削加工及研磨加工而成為平坦平滑的表面。如 18(c)般，可得到帶有基板之GaN單結晶。此處，使用藍寶石單結晶基板作為基板，為之單牡€ 藍寶石基板。表面全體預先藉HVPE法而形成厚2以:= -33-

裝訂

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 508836 A7 _B7 _ 心 31 五、發明說明（）

GaN磊晶成長層。成爲GaN/藍寶石基板之雙重構造的基板。於其表面準備一設有條紋狀掩膜者（z)、及、不設置掩膜而直接用者（甲）之二種基板。掩膜條紋之方向（縱方向）係平行於藍寶石基板狀之GaN層的< 1 - 100>方向。掩膜窗口之幅寬爲4#m、被覆部之幅寬爲4#m，周期爲8jum。掩膜材質爲Si02，膜厚爲0.1 # m。乙之基板擁有掩膜/GaN/藍寶石之三層構造，甲之基板擁有GaN/藍寶石之二層構造。在如此之基板上藉HVPE法進行GaN結晶的成長。本實施例所使用之HVPE裝置，係於常壓之反應爐内部設有一收容Ga金屬之晶舟，可使HC1 + 載體氣體朝向晶舟而導入，下方放置基板，於基板之附近引入NH3+載體氣體。周圍有加熱器而可加熱Ga晶舟或基板。在下方有排氣口，藉眞空泵而抽眞空。被加熱至800 °CiGa晶舟從爐的上方流入HC1氣體，與Ga金屬反應，合成GaCl。在下方之基板的附近流入NH3氣體，與朝下方流下之GaCl反應，於基板上堆積GaN。載體氣體全部爲氫氣。 (緩衝層的形成）首先，將基板保持於約490 °C之低溫，NH3氣體分壓爲 0.2 atm (20 kPa)、HC1 分壓爲 2 X 1(Γ3 atm( 0.2 kPa)，成長時間1 0分鐘，形成GaN緩衝層約30 nm厚。甲基板有100 nm厚之掩膜，在掩膜上不堆積GaN。故，只在窗口的内部，緩衝層累積3 0 nm。乙基板全面被30 nm之緩衝層被覆。 -34- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ---^--------装--- (請先閱讀背面之注意事填寫本頁) 訂-· -丨線， 508836

發明說明（經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 (蟲晶層之形成）將此等試料昇溫至98(rc〜1〇5〇乇而於緩衝層之上進一步 p又有表層。對於甲基板（無掩膜）以二種條件形成盖晶層。以此作爲試樣A、B。對於乙基板（有掩膜）以5種類不同的 U牛進行蟲晶成長。以此作爲試樣C、〇、e、F、G。

〇試樣A 使用基板藍寶石基板（無掩膜）成長溫度 1050°C N Η 3分壓 0.2 atm(20 kPa) Hcl分壓 5 X ΙΟ-3 atm(0.5 kPa) 成長時間 8小時成長層厚度 290 μ m Ο試樣B 使用基板藍寶石基板（無掩膜）成長溫度 1000°C NH3分壓 0.3 atm(3 0 kPa) Hcl分壓 2 x 1〇-2 atm(2 kPa) 成長時間 3.5小時成長層厚度 420 μ m 〇試樣C 使用基板藍寶石基板（附帶掩膜）成長溫度 1050°C nh3分壓 0.2 atm(20 kPa) Hcl分壓 5 x 1(T3 atm(0.5 kPa) -35- 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 508836 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 __B7 33 五、發明說明（）成長時間 9小時成長層厚度 270 μ m 〇試樣D 使用基板藍寶石基板（附帶掩膜）成長溫度 1020°C NH3分壓 0.2 atm(20 kPa) Hcl分壓 1 x 1 Ο-2 atm( 1 kPa) 成長時間 6小時成長層厚度 330 μ m 〇試樣E 使用基板藍寶石基板（附帶掩膜）成長溫度 1000°C NH3分壓 0.3 atm(3 0 kPa) Hcl分壓 2 x 1 (T2 atm(2 kPa) 成長時間 3.5小時成長層厚度 400 μ m 〇試樣F 使用基板藍寶石基板（附帶掩膜）成長溫度 1000°C NH3分壓 0.4 atm (4 0 kPa) Hcl分壓 3 x 1 O'2 atm(3 kPa) 成長時間 3小時成長層厚度 465 // m - Ο試樣G - 36- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) i -裝 __r___丁_______ -J-U 口· -5¾ ^ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） A7 B7 藍寶石基板（附帶掩膜） 980〇C ^ 0.4 atm(40 kPa) 4 x 1〇'2 atm(4 kPa) 2.5小時 440 μ m 此等6個試樣之成膜變數乃如上。試樣A與c爲同_條件，但時間不同。試樣B與E係以相同條件，時間亦相同，但膜厚乃相異。溫度爲重要之變數，但試樣A、c、D係在1〇5(rc、1〇2〇 C等比較高之溫度下製作膜。試樣B、E、F、G係在1〇〇〇 °C以下之比較低溫下成長。可看出NH3分壓亦會影響成膜。試樣A、c、〇係1^113分壓爲 0.2 atm(20 kPa)。試樣B、E係 NH3 分壓爲〇.3 atm(30 kPa)。試樣F、G係最高爲 0.4 atm(40 kPa)。若言及有關HC1分壓，試樣A、C、D爲1〇-2 atm(1 kpa) 以下。試樣B、E、F、G爲2x ΙΟ」atm(2 kpa)以上。經濟部智慧財產局員工消費合作社印製五、發明說明（34 ) 使用基板成長溫度 NH3分壓 Hcl分壓成長時間成長層厚度認爲只要持續相同條件，時間與成長層厚度成正比。每單位時間之成長速度係試樣C(3〇 ym/h)、a(;36 "m/h)乃特別低。試樣D(55 "m/h)亦很低。此等係1〇〇 "m/h以下之成長速度。試樣 B(120 "m/h)、E(114 "m/h)、F(155 "m/h)、G(176 "m/h)任一者均超過 loo 。成長速度很大的試樣（G、F、_B、E)，概略而言，Nh3 分壓咼、HC1分I高、溫度低。相反地，分壓低， -37- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 508836 五、發明說明（35 ) 分壓低，溫度高，則成長速度慢（c、A、。 ^鏡觀察此等試樣之表面。敘述每—試樣之成長表面 ’心'如下。又’晝像解析成長表面之顯微鏡照片，求取出核郅之面積F除以表面全體之面積W的値（小刻面部比率） F/W 〇 ^ 成長後之表面係依成長條件而有各種差異。某種係持續妩面成長之平坦面。某種係被核狀小刻面被覆而成爲具有明顯凹凸之表面。鏡面成長之試樣A、C其表面爲。面，且平坦平滑，小刻面完全不存在。幾乎爲鏡面狀態之試樣D 係包含1 0 %左右之小刻面部。此以外之試樣B、E、F、G係三次元的小刻面覆蓋表面成馬核。在核之小刻面很多爲{11_22}面。此時，核爲逆六角錘形。有時亦與{11_22}面同時地出現{1-101}面。此時核爲逆12角鐘形。平坦部很多爲。面。@，e面以出現底傾斜角之面。表面顯微鏡觀察之後，從各試樣之GaN成長層上面進行研削加工。進一步研磨表面而進行GaN結晶表面之平: 化。研磨加工後之表面平坦十生，係精加工至表面粗产爲 Rmaxx；L5nm以下的程度，形成樣品形態（晶圓）。又”、其後，進行各種評估。爲求得砂〇，將硫酸、磷酸之旧合酸加熱至25CTC的液中，浸潰試樣，不產生钱刻，蚀: 核會露出表面。因蝕刻而出現之蝕刻核使用顯微鏡計算之。如前述般，小刻面部面積比率F/w係以顯微鏡照^之畫像解析而算出。從c面僅少許傾斜之低傾斜面在畫像解= -38- ^紙張尺度適用中國國豕標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱 (請先閱讀背面之注意事^^填寫本頁) ，裝 -線，經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 508836 A7 五、發明說明（）中包含c面。所以，F/W之値未必忠實於定義。應考岸核部與總面積之比。以下對於各試樣表示成長後表面狀L小刻面面積比率F / W、EPD之測定値。 ^

Ο試樣A 成長後之表面狀態：爲鏡面狀態，未觀測到表面核。成長後之小刻面面積比率（F / w) : 〇〇/0 EPD ·· lx 108 cm 2

Ο試樣B 成長後I表面狀態：平面部與小刻面混在一起。觀測到許多小刻面作爲表面核。成長後之小刻面部面積比率（F/W):約5〇% EPD · 3 X 1 〇5 cm 2 Ο試樣c 成長後之表面狀態：爲鏡面狀態，未觀測到表面核。成長後之小刻面邵面積比率（F / W) : 〇 % EPD ： 3 X 1〇7 cm'2

Ο試樣D 成長後之表面狀態：幾乎爲鏡面狀態，表面核在各處被觀測到。經濟部智慧財產局員工消費合作社印製成長後之小刻面部面積比率（F / W) ·· 1 〇 % EPD · 8 x 1〇5 cm·2

〇試樣E 成長後之表面狀態：平面部與小刻面混在一起，觀測到件多小刻面作爲表面核。 -39 508836 A7 ____B7______ 37 五、發明說明（）成長後之小刻面面積比率（F/W):約40% EPD ·· 5 X 104 cm'2

Ο試樣F 成長後之表面狀態：離鏡面狀態很遠，部分觀察到e面平面部。核連結之狀態。成長後之小刻面面積比率（F/W):約80% EPD ： 2 X 104 cm·2

〇試樣G 成長後之表面狀態：遍及全面而由核叉或其以外之小刻面所構成的表面狀態。成長後之小刻面面積比率（F/W):約100% EPD ： 1 X 104 cm·2 此等試樣之中，小刻面不存在試樣A、C係不包含於本發明中。在試樣B、D、E、F、G中，係小刻面成長且成爲本發明之構成。任一種EPD極小。以往無論如何處理， GaN結晶之EPD均不會低於1 (Γ7 CnT 2以下，但此等試樣任一者均比ΙΟ6 cnr2還小。本發明之目的係EpD低於1〇6 cm-2 以下。任一者之實施例均滿足比。試樣D、B爲8 X 1 〇5 cm-2 、3 X 1〇5 cm-2且滿足要求。試樣E、F、G係1〇 4 左經濟部智慧財產局員工消費合作社印製右，且未曾看過類似例子，爲未曾有的低移位GaN單結晶。試樣A、B均不使用掩膜而形成表層。比較此等。非本發明者之試樣A係成長溫度高JLNH3、HC1分壓低、成長速度慢而進行鏡面成長。但，EPD高而亦有1〇8 cm·2，爲 -40-

38 508836 五、發明說明（以往程度（107 cmd以上）。屬於本發明之試樣B係成長溫度低、NH3、Hc丨分壓高、成長速度快而進行小刻面成長。小刻面比率爲5〇% 爲3X 1〇5 Cm·2，故滿足課題（<1〇6 cm，。任一者均無掩膜’故在試樣B中，EPD減少至試樣八的1/3⑼的原掩膜。

I 訂 EPD減少的原因在於小刻面的存在乃很明確。小刻面的存在係EPD成爲〇，鏡面的部分係非如習知般之單純者。若是如此，EPD係應依鏡面部分之密度與小刻面區域的密戶而比例分配。小刻面部分在試樣B中爲5〇%，若爲單純：比例分配，EPD全體應爲A之—半的5χ i〇7 cm.2，但減少，1 /300 乃在減樣B中成爲鏡面之區域亦減少者。是故，鏡面區域之内深部會引起些許的變化。成長試試樣A(無掩膜）與試樣c(有掩膜）任一者均無小刻面且局％全的鏡面。有所謂溫度高、NH3、HC1分壓低、成

速度慢之8共通性質。若比較兩者，可知道掩膜的影響内樣 A 爲 1 0 cm- 2、C爲 2 Χ 10 cm 2，故任一者均不會超越習知技術之壁（>1G7em.2)。咖係B減少至A的約3成。此係因4樣C通過掩膜窗的成長。掩膜之優點係只不過使 EPD減 > 至3成左右。小刻面可更激烈地減少e扣。 /、刻面所得到之移位消減效果藉由試樣D亦可充分瞭 I试樣D幾乎爲鏡面而核的存在面積不超過ι〇%。儘管如此，EPD減少至8 X 1 〇 5 .2 .^ Cm 。即使與具掩膜之習知技術 (试樣C，3χ ΙΟ? ctti〕、卜卜丰丄、 )匕幸父亦EPD減少至1/40。只小刻面 -41 - 508836 五經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 發明說明（39 ) 區域EPD爲〇，鏡面區域與習知相同，若形成咖密度，小刻面爲〇·ι的話，EPD應只降低至27x 1〇7 cm_2。表面之小刻面的比率爲0·1，但小刻面歷程亦減少鏡面之EPD。小刻面受鏡面區域的内部影響。如前述般，本發明之小刻面所產生的移位減少只看表面則不能理解。試樣E、F、G任一者均EPD爲1〇4 cnf2的次方而無類似例。其f EPD最小者係小刻面面積比率爲1〇〇 %之試樣〇 (1 X 1〇4 eW2)。3個之中EPD很多係小刻面比率爲4〇%的試樣E(5x 104 cm-2)。從此等可知，小刻面區域即使表面爲10%左右，EPD減少亦有非常佳的效果（試樣D)，小刻面比率愈高，EPD的減少愈明顯。以穿透電子顯微鏡觀察核狀小刻面成長之試樣縱斷面。在任一者之試樣，於核狀小刻面之中心部中存在一垂直於基板面的筋狀缺陷。此係c軸方向之筋狀缺陷。亦可看到一包含核中心部之筋狀缺陷的面狀缺陷。視情況，有時亦具有核中心之筋狀缺陷在中心擁有約6〇。度角而呈輻射狀展開的面狀缺陷。此等之面狀缺陷的面方位爲 { 1 1 - 2 0 }。面狀缺陷呈小傾角粒界乃被確認。結晶之穿透電子顯微鏡觀察的結果，係與試樣B、D、 E、F、G均約相同的狀況。在核中心部可看到移位，在離核中心之處就穿透電子顯微鏡的視野内幾乎看不到移位的情形乃很多。在此實施例中，可降低EPD至1 〇4 cm·2的次方。藉更進一步條件之最適化，有可能進一步降低EPD。若爲1〇4 em·2 -42-本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） A7 B7 、發明說明（請先閱讀背面之注意事項j 左右之EPD，在此GaN基板上製作lD(雷射二極體）時，將可得到非常長的生命期。爲進一步形成有用之LD用基板，對於比較厚之厚試樣F、〇係藉研削除去裡面的藍寶石，可形成單體之GaN基板。 [實施例2(GaAs基板上、賦予厚度+切片加工）] 圖19(a)〜（c)表示實施例2的步驟。於基板21之上賦予有 W 口的掩膜22。基板可爲藍寶石、GaAs等前述基板之任一者。經由窗口而使GaN結晶2 7氣相成長。避免鏡面條件，在小刻面成長之條件下使之成長後，如圖l9(b)般，小刻面25成爲具有無數凹凸之表面。有些鏡面s亦些許存在。除去基板而取出GaN結晶2 7，使凹凸表面研削加工及研磨訂加工而形成平坦平滑的表面。如圖i 9 (c )般可得到GaN單體之早結晶2 8。實施例1係以藍寶石作爲基板而只製作GaN晶圓1片者。此次係從一個結晶切出複數片之晶圓（切割）。可知結晶之上下位置差異引起EPD之相異。又，並非藍寶石基板，而在於使用GaAs基板。經濟部智慧財產局員工消費合作社印製使用2英忖（lll)GaAs基板之Ga面[亦謂（111)&面]。爲形成掩膜，於GaAs基板之全面藉電漿CVD法形成Si〇2膜。掩膜之厚度爲0.1 #m。其後藉光蝕刻而開啓掩膜窗口。掩膜窗可爲各種形狀，但此處係以千島排列之方式設置點狀之窗口。點窗口爲直徑2 Am左六t 1 一及石（大小可爲圓形亦可爲正方形。朝GaAs基板之<11_2>太而以/! 卜卜、 z万向以4 節距排成 1列，且朝<11-2>方向離3.5 AtQ虛以如知以相冋的4 ju m節距設 -43- 泰紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 508836 41 五經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 發明說明（置相同大小的點窗口列。屬於相鄰列之點係朝< 1 1 - 2 >方向錯開2 # m (半節距）。形成朝< 1 1 - 2 >方向反覆此之構造。亦即，若連結鄰接之3個點中心，形成一邊爲4 ju m之正三角形的窗口排列。在形成附帶點窗口之掩膜的GaAs基板上，藉HVPE法而形成GaN缓衝層與磊晶層。與實施例1同樣地，於常壓反應爐内部上方設有一收容G a金屬之晶舟，加熱至800 °C，流入HC1氣體，生成GaCl，使吹入下方基板附近之NH3氣體與GaCl反應，而於基板上使GaN膜成長。實施例1爲只晶圓1片份之成長，但實施例2係欲製造複數片晶圓者。在實施例2所使用之HVPE裝置係成爲可長時間成長之構造，與實施例1之裝置相異的設備。 (緩衝層的形成）將GaAs基板保持於約500 °C之低溫，形成NH3分壓0.2 atm (20 kPa)、HC1 分壓 2 X 10-3atm (0.2 kPa)而使 GaN 膜成長約30分鐘。只在掩膜窗之GaAs露出部堆積約80 nm厚的缓衝層。載體氣體任一者均爲氫。 (蟲晶層之形成）將GaAs基板之溫度提昇至約1000 °C，形成NH3分壓 0.4atm (40 kPa)、HC1 分壓 3 X l(T2atm (3 kPa)。成長時間約爲100小時。藉100小時之蟲晶成長，而可製作高度爲25 mm之GaN 錠。在錠之底部直接附著於GaAs基板。GaN成長表面並非二次元之平面（鏡面）成長，可看到高密度之小刻面。由平 -44 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）請先閱讀背面之注意事項j I I 訂 508836

五、發明說明（42 ) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製面成長部即C面所構成的區域只有][〇 %左右。9 〇 %乃小刻面存在的區域（F/W = 0.9)。由{11-22}面所構成之逆六角錐狀的核亦被觀察到許多。此鍵藉切片器進行切片切斷加工而得到薄片（晶圓）。切掉GaAs基板侧之約2 mm厚部分、成長面側之約3 mm厚部分。研磨加工薄片，可得到表面爲平坦的2英吋徑、厚350 A miGaN基板20片。即使爲同一 GaN錠，亦會因部位而EPD有差異。此處，取出接近GaAs基板側之晶圓（η )、中央部之晶圓（][)、接近成長面側之晶圓（J)的3片，與實施例！同樣的顯微鏡觀察、畫像處理而調查表面狀態、EPD等。〇試樣 H EPD ： 8 x 1 〇3 cm'2 〇試樣 I EPD : 6 x l〇3 cm-2 〇試樣J EPD ： 5 x l〇3 cm'2 如此地可得到極低之EPD値。實施例1之情形，最小EpD 爲104 cm·2，但比其還低者。NH3分壓（〇 4 atm(4〇 kPa))、HC1 分壓（3 X 1〇-2 atm(3 kPa))均高，溫度低（1〇〇〇 °C)，與實施例1之試樣f同程度之成長條件。右觀祭研磨後之晶圓表面，蝕刻核爲逆六角錐狀且具有數"m〜數十者之各種大小。從陰極發光之實驗可知蝕刻核之中心係在一由結晶成長時之小刻面所構成的成長核之中心部符合上下方向乃很多。尤其徑很大的蝕刻核幾乎位於結晶成長時之成長核的中心部。其次，加工成薄片而製作試料，藉由穿透電子顯微鏡而 -45- 本纸張尺度適用中國國家標準(cn^T^72-10 x 297公釐7 (請先閱讀背面之注意事:填寫本頁)

I -裝 •線 A7

五、發明說明（43 ) 觀察縱方向的缺陷。爲蝕刻核之中心部且由小刻面所構成义結晶成長時的成長核之中心部，可看到垂直於基板面方向 <筋狀缺陷。進一步亦觀察含有筋狀缺陷之面狀缺陷。視情況，含有核中心之筋狀缺陷的面狀缺陷擁有6〇度夾角而存在。在核中心部附近可看到複數之移位。但，在離核中心之處，穿透電子顯微鏡的視野内幾乎看不到移位。又’彳之陰極發光之結果，蝕刻核之外形從正六角形狀偏離’而亦有帶圓形之曲線形狀之處，但對於移位降低效果係相寺。如此t極端的低移位GaN至此完全不存在。使用如此低考夕仏之GaN基板而製作GaN系的L D，有可能製作長生命期之雷射元件。 [實施例3(藍寶石基板、賦予厚度+切片加工）] 於圖20(a)〜（c)表示實施例3之步驟。於基板21賦予朝上具有窗口的掩膜22。基板可爲藍寶石、GaAs等前述之基板任一者。經由窗口而使具有厚度之GaN結晶29氣相成長。避免鏡面條件，以進行小刻面成長之條件使之成長後，如圖2〇(b)般’小刻面25成爲出現無數凹凸之表面。有時鏡面s亦些許存在。將具有厚度之GaN結晶2 9朝與軸呈垂直的方向切斷，形成複數片的晶圓。研削加工及研磨加工晶圓之表面而形成平坦平滑的表面。如圖2〇(〇般，得到複數片之GaN單^的鏡面晶圓30、31、32、33 〇灵施例2係使用GaAs基板而賦予GaN厚度，進行切片而形成2 0片之晶圓。此次，使用藍寶石基板而賦予厚 -46-

度，進行切片而得到複數片之晶圓。以具有厚度0.4 mm之c面的藍寶石結晶作爲基板:預先以 HVPE法，於藍寶石表面形成約^ a瓜之系晶層。心於其表面被覆〇]請厚之掩膜材料（Si〇2)。掩膜窗口可馬各種樣式的形狀，但形成與實施例2同樣的點窗口。尺寸或周期係同樣。於藍寶石上因具有_層，_於_ 層之方位來定義掩膜窗之排列方向。點窗口係直徑2請左右之大小爲圓形或正方形。朝_ 層之<1-100>方向以4 節距排成旧，且朝〈Η·"〉方向離3·5 "〇1處，以相同之4 節距設有相同大小的點窗之列。屬於鄰接之列的點係朝<1-1〇〇>方向偏移2 （半節距）。朝〈ujc»方向反覆之。亦即，若連接近接之3個點的心，爲形成1邊爲4 " m之正三角形的窗口排列。不形成緩衝層而從掩膜之上直接使磊晶層成長。使用一 H VPE裝置，其可與實施例2相同之長時間成膜。 (蟲晶層之形成）將掩膜/ GaN /藍寶石基板所構成之基板溫度保持於約 1030Ό，形成 NH3 分壓〇·35 atm(35 kPa)、HC1 分壓 4χι〇:2 atm (4 kPa)。成長時間爲約100小時。時間與實施例2相同，但NH3分壓稍低，HC1分壓稍高。藉由磊晶成長，可製作高度約3 cm之GaN錠。因冷卻時之熱應力，附著於錠底部之藍寶石基板會產生龜裂。在

GaN錠無龜裂而爲可使用之狀態。GaN成長表面，命每、 W貫施例2同樣地可看到許多小刻面。由平面成長部即c面所構成 -47- y-S 1 請先閱r 讀背面經濟部智慧財產局員工消費合作社印製本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 : 之注1 意！事

508836 A7 B7 〇試樣K EPD Ο試樣L EPD 〇試樣M EPD 雖比實施例2還高値。實施例1之情形五、發明說明（之區域係極狹窄而爲3〇%左右。小刻面區域爲7〇%，故小刻面區域比率F/W爲〇.7。 - 由{11 22}面所構成之逆六角錐狀的核亦有許多被觀察到。將錠切片切斷加工而得到24片之晶圓。切掉藍寶石基板側之3 mm厚的部分與成長面侧之3 mm厚的部分。'以片之晶圓係進行研磨加工而成爲厚35G _之平坦平滑的_ 晶圓。與實施例2相同地，比較_從同一旋之相異部位取出的晶圓3片。取出一接近藍寶石基板側之試樣(κ)、中央部之試樣（L)、接近成長面侧之試樣（M)的3卩，以顯微鏡觀察而調查表面狀態、EPD等。 2 X 1 〇4 cirT2 1 X 1 04 cnT2 8 X 1 03 cm"2 但即使如此亦可得到非常低之epd 最小EPD爲1 〇4 cm-2，但與此相同。實施m之方法係只製作晶圓以，但實施例3之賦予厚产法-次可製造數十片的GaN晶圓。所謂迎3分則。Μ (35kPa)]、HC1 分壓（4X1〇-2atm(4kPa))均高且溫度低 ( 1030 C)乃很重要。藉此而持續小刻面之眾多成長。若觀察研純之晶圓的表面，㈣核爲逆六角錐狀且且有數請〜數+ ”者各種大小。4足陰極發光之實驗可去: 钱刻核的中心在由結晶成長時之小刻面所構成的成長拉中心邵符合上下方向乃很多。尤其徑很大的蚀刻核物位本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格 (請先閱讀背面之注意事^^:填寫本頁) 裝-----：----訂—-------線j 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 48- A7 B7 五、發明說明（ 46 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製、里★成長時之成長核的中心部。此亦與實施例2共通。 —^、成薄片而製作試料，以穿透電子顯微鏡而觀 ‘了、縱方向的缺陷。在蝕刻核之中心部且由小刻面所構成之結=成長時的成長核之中心部，可看到垂直於基板面方向 7肋狀缺陷。進一步亦觀察到一含有筋狀缺陷之面狀缺 ^視^形，含有核中心之筋狀缺陷的面狀缺陷擁有6 0度，角而存在。在核中心部附近可看到複數的移位。但，在離、中之處，牙透電子顯微鏡的視野内幾乎看不到移位。、如此之低移位GaN至此係完全不存在。使用如此之低移位GaN基板而製作GaN系的LD，有可能製作長生命期之雷射元件。 [實施例4(藍寶石基板、4階段磊晶、賦予厚度+切片加工）] 在圖20(a)〜（c)表示實施例4的步驟。在基板21朝上賦予有窗口的掩膜22。基板可爲藍寶石、GaAs等前述基板之任一者。經由冒口而使具厚度之GaN結晶2 9氣相成長。避面鏡面條件，在小刻面進行成長之條件下使之成長後，如圖 20(b)般’小刻面25會成爲出現無數凹凸之表面。有時鏡面s亦些許存在。具厚度之GaN結晶2 9朝與軸垂直的方向切斷’成爲複數片之晶圓。將晶圓之表面進行研削加工及研磨加工而形成平坦平滑的表面。如圖2 〇 ( c )般，可得到複數片之GaN單體的鏡面晶圓3〇、31、32、33...。藉同於實施例3之方法，準備一基板，其係於藍寶石基板上形成GaN層、掩膜層（點窗口）。 -49 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） ί請先閱讀背面之注意事^填寫本頁} 裝 « — — — — — — I —

508836 A7 47 五、發明說明（不製作緩衝層而只改變磊晶的條件而以4階段的、、製作。與實施例2所使用者相同，使用一可長-進订 ΠΥΡΕΤΕ 〇切間成長之 (GaN磊晶層之形成）第1階段（最初之2小時）

成長溫度： 1030°C NH3 分壓： 0.12 atm( 12 kPa) HC1 分壓： 2 x 1(T2 atm(2 kPa) 第2階段（其次之2小時）

成長溫度： 1030°C NH3 分壓： 0.35 atm(35 kPa) HC1 分壓： 2 x ΙΟ·2 atm(2 kPa) 第3階段（持續2小時）成長溫度： 1030。(： NH3 分壓： 0.12 atm(：12 kPa) HC1 分壓： 2 x l(T2 atm(2 kPa) 第1階段（剩餘之9 5小時）

成長溫度： 1030°C NH3 分壓： 0.35 atm(3 5 kPa) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 HC1 分壓： 4 x l(T2 atm(4 kPa) 成長時間之合計爲1〇1小時。成長溫度全程爲1〇3(rc。 1〜3階段係初期之短時間（6小時）的變化，主要改變n η 3分昼。4階段之95小時的成長係與實施例3完全相同的條件。系晶成長之結果，與實施例3略相同地，可製作高度約3 50- 本紙張尺度賴巾目目家標準（CNS)A4規‘ (210 X 297公髮 48508836 A7 五、發明說明（ cm之GaN錠。外觀亦與實施例3相命奋…w 1、以、丨垃心点风長表面之狀態亦人员犯例3近似。精與實施例3相同的， — 刀工（切片加 +硏廢加工）實施例4的錠，而得到24片夕 h力所健々夹吋徑、

GaN晶圓。與實施例3相同地，切掉藍八 a p y ，寶石侧之3 mm厚部刀、成長面側足3 mm厚的部分。爲評估GaN基板，與實施例3、2同樣地板側之試樣⑺央部之試樣（Q)、接近成長面側I試^ (R)的3片晶圓而觀察表面、測定epd。〇試樣P EPD ： 1 X 1 〇4 cm-2 〇試樣Q EPD ： 8 X 1 〇3 cm-2 〇試樣R EPD ： 6 X 1 〇3 cm-2

與實施例2、3同樣地，合釦a 士 E …、朝向成長面侧愈有EPD下降訂傾向。EPD比實施例3之情況更低。蝕刻核爲逆六角錐狀且徑從2請左右之小者至數左右者各種大小均有。 A m 線詳細比較研究實施例3與實施例4之姓刻核。從陰極發光 (CL)(結果’徑很大的㈣核認爲㈣因於垂直基板之狀缺：也很小的蝕刻核認爲係由-般的貫通移位所引起者右詳而觀之，在實施例3與實施例4中，在很小捏之蚀刻核的密度會看到差。實施例4方面爲很小的钱刻核 1 密度低。小的餘刻核之密度測定俊員工消費印 _ -51 - 508836 A7 -----— R7 49 五、發明說明（）實施例3 實施例4 Κ 1·5 X 1〇4 cm 2 P 5 X 1 03 cnT2 L 6 X 1 〇3 cm 2 Q 4 X 1 03 cnT2 Μ 4 x 1 〇3 crn'2 R 2 x 1 0 3 cm"2 爲研％其原因，切割實施例4之錠的藍寶石基板接近側之經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 3 mm左右（切除的部分）的結晶，藉陰極發光分析高度方向的斷面。實施例4在成長的初期，核形狀會有很大的變化’且，小刻面成長區域在厚度方向全面性存在。此係在實施例4中使初期的成長條件複雜地變動且使核形狀變化所引起者。成長初期之核形狀變化所造成的小刻面成長邵會朝橫方向進行多樣的變化。在厚度方向而全區域性擁有小刻面成長的歷程，明顯地使實施例4之移位減少者。 [實施例5 ( GaAs上種結晶+錠）] 使用GaAs基板作爲基板。GaAs基板係使用2英忖徑（1 1 1) 基板的Ga面，與實施例2同樣地，首先，全面地藉電漿 CVD而形成SiCb膜〇·1 "Hi厚，然後，藉光蝕刻打開掩膜窗 α 〇掩膜έ 口可爲各式各樣，但此處形成條紋狀之窗口。條紋窗口爲3 Am幅、6 節距，條紋的方向爲GaAs基板之 <11-2>方向。使如此之條紋窗形成於掩膜的全面。以〇2掩膜之膜厚當然爲0.1 Am。在形成掩膜之基板上，藉HVPE法而使GaN成長。在實施例5中之HVPE法係使用與實施例2相同的裝置。 I mmmmmmm Mmmmmmm emmmmm mmmmmMm n- _ n wi I I emmamM tmmmmm mmmamm mmmmmmm Mwmmmm (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 線0. -52-

A7 B7 五、經濟部智慧財產局員工消費合作社印製發明說明（ (緩衝層之形成）同於實施例之做法，首先在於500χ：之低溫下，使NH3氣體分壓爲 0.2 atm(20 kPa)、HC1 氣體分壓爲 2 X 10·3 atm (2 kPa) ’成長時間約3 〇分，使GaN構成之緩衝層成長約80 nm。因掩膜膜厚（100 nm)比緩衝層還厚，在此階段係於掩膜開口部（窗）之GaAs基板表面上GaN緩衝層進行成長。在掩膜:上不堆積GaN。 (惡晶層之形成）然後，昇溫至1000 °c，在此溫度下使GaN磊晶層成長。雖爲相同之H VPE裝置内，但條件不同。形成nh3分壓0.4 atm(40 kPa)、GaCl 分壓 3 X 10_2 atm(3 kpa)。成長時間約爲4小時。然後，在王水中蚀刻除去GaAs基板。進一步依據圖1 9所示之製程而以研削加工進行外形加工GaN結晶。藉由研磨加工表面，而得到厚約〇 4 mm之GaN結晶。測足此結晶之蝕刻核密度後，EPD爲2 X 1 〇4 enT2。爲非常低之蚀刻核，且以單體可使用來作爲GaN單結晶基板。 (GaN結晶種之系晶成長）其次以此基板作爲結晶種，而依圖2丨之製程，嘗試試作錠。使用相同之HVPE法。成長條件係NH3分壓〇.4 atm (40 kPa)、HC1 分壓 3 X 10·2 atm(3 kpa)。以 1〇〇小時之成長時間得到約2.6 cm高度之GaN錠。完全無龜裂發生且爲理想的狀態。成長表面之狀態並非二次元的平面成長，且可看到許多小刻面。由平面成長即c面所構成之區域，係全 53- 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公釐

請先閱讀背面之注意事再, 填 * I裝頁I

I I ij i I A7 五、發明說明（51) 表面積只有5。/。左右。95%爲小刻面。亦觀察到許多由 {11-22}面所構成之逆六角錐形狀的錠。 - 以切片機將此錠切片切割加工，切出成晶圓。此因有切片機之切割花纹，故研磨晶圓之兩面。藉此而可得到2英吋杈、厚度350 " m之表面平坦的㈣基板25片。切掉 GaAs基板側即i mm厚之部分、及、成長面側約3瓜瓜厚之部分。收率係在此之中最高，亦無來自GaAs基板之砷的混入。爲易得到良質結晶的方法。對於此等GaN基板（晶圓）評行評估。爲了評估，在所切出〈GaN晶圓中，以GaAs基板側之晶圓試樣爲§，以錠中，郅附近之試樣爲T，以鍵上部之晶圓試樣糾。藉由與實 =例1相同的方法來測定晶圓面的EPD。EPD之測定結果如〇試樣s 〇試樣τ 〇試樣U 如以上般 EPD ： 7 X 1 〇3 cm-2 EPD ： 5 X 1〇3 cm-2 EPD ： 3 x 1 o3 cm-2 、可得到至今最低之EPD値。顯微鏡觀察蝕刻 (蝕刻核爲六角錐狀且可看到數至數十"瓜者。蝕 ^核大夕位於由結晶成長時之小刻面所構成的成長核中心、匕事可由陰極發光之觀察瞭解。尤其，徑很大之蝕刻核^乎均位於結晶成長時之成長核的中心部。广曰口圓加工成薄片，製作試料，以穿透型電子顯微鏡觀察 ==向辧面。其結果，在蝕刻核之中心且由小刻面所構成 <〜叫成長時成長核的中心部，可觀察到垂直於基板面方本紙—適· -54 X 297公釐） A7 ------丨丨丨 ___B7 CO — --------- 五、發明說明（52) 向且肋狀的缺陷。X ’亦可看到包含核中△、部之筋狀缺陷的面狀缺陷。視情沉，有時具有一將中心之核中心部筋狀缺陷朝中心開啓於60度角度的6片面狀缺陷。在核中心部附近，可看到複數之移位，但全面很少移位。在離中心之處，牙透電子顯微鏡之視野内幾乎看不到移位。 (發明之效果）以本發明I單結晶GaN的結晶成長法及GaN單結晶基板的製造方法，可得到習知無法得到之1〇6 cm·2以下低移位的GaN單、纟a w。藉此，低移位單結晶之工業性生產乃成爲可能。使用低移位GaN單結晶基板，而可製作長生命期且鬲品質的藍色、紫色的短波長之半導體雷射。 (圖面之簡單説明）圖1係鄰接之小刻面構成的角度爲18〇度以下時，在含有小刻面之角錐中’結晶係朝進行發散之方向成長的斜視圖。圖2係鄰接之小刻面構成的角度爲ι8〇度以下時，移位之進行方向與成長方向平行，故移位遠離境界線，表示此之平面圖。圖3係鄰接之小刻面構成的角度爲ι8〇度以下時，在含有小刻面之角錐中’結晶朝進行發散方向成長，移位亦發散，角錐直接朝上方成長，表示此之平面圖。圖4係鄰接之小刻面構成的角度爲18〇度以上時，在含有小刻面之逆角錐中，結晶朝向内側進行收束之方向成長，表示此之斜視圖。 -55- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 X 297公釐） 508836 A7 B7 53 發明說明（圖5係鄰接之小刻面構成的角度爲ι8〇度以上時，移位之進行方向乃與成長方向平行，故移位接近境界線/表示此之平面圖。圖6係鄰接之小刻面構成的角度爲ι8〇度以上時，在含有小刻面之角錐中，結晶朝進行收束之方向成長，移位^收束於境界線，逆角錐朝上方直接成長，表示此之斜視圖。圖7係表示於GaN氣相成長中逆六角錐核出現於表面之狀態的斜視圖。 ★圖8係表現成長核中之成長方向B、移位之進行方向匕等，表示移位會於境界線相遇之逆六角錐的平面圖。圖9係於GaN氣相成長中逆六角錐核出現於表面時，移位訂向内進行，聚集於境界線，且生成一使境界線朝成長方向延伸之面狀缺陷部的斜視圖。 4 圖10係表示在成長核之逆六角錐中之成長方向B、移位 <進行方向b等的平面圖。移位乃於境界線相遇，使境界線狀向内進行，聚集於中心點後，中d爲移位之多重點’表示此之逆六角錐的平面圖。圖11係使成長條件保持一定，以約—定之核面形狀成長時^結晶縱裂面。斜線部爲鏡面成長（c軸成長）部S，空白邵爲小刻面成長部w。圖1 2係使成長條件變化，並使小又卫便小刻面成長邵與鏡面成長而於大部分擁有小刻面成長之歷程時之 :叩縱辧面圖。斜線部爲鏡面成長（C軸成長）部s，空白部爲小刻面成長部w。 -56 本紙張尺度適时關家標準（CNS)A4規格⑵Q χ撕公髮）_ 508836

發明說明（、圖if係使成長條件變化，並使小刻面成長部與鏡面成長 4朝k方向久化，而於某時刻全體地擁有小刻面成長之歷請先閱讀背之注意事 mg 程時的結晶縱斷面圖。斜線部爲鏡面成長（e軸成長）部s， 2白部爲小刻面成長部w。圖14㈣GaN之侧向全面生長中，在基板設有-具窗口的掩膜狀態之斷面圖。圖15係於GaN之側向全面生長中，尸、在掩膜之開口部 GaN結晶呈三角狀成長之狀態的斷面圖。圖16係於GaN之侧向全面生長中，越過掩膜之開口部而在掩膜上朝橫方向延伸，GaN結晶呈台形畝狀成長之狀態的斷面圖。訂圖17係於GaN之側向全面生長中，從鄰接之開口部成長的結晶會以二等分線狀會合，小刻面會消失而維持平坦面同時並朝上方鏡面成長的狀態之斷面圖。經濟部智慧財產局員工消費合作社印製圖1 8係表示本發明之一個實施例的GaN成長過程之斷面圖。圖18(a)係於基板形成一具窗口之掩膜的狀態斷面圖。圖18(b)係經由窗開口部而於基板上GaN結晶會小刻面成長之狀態斷面圖。圖1 8 ( c )係研削加工結晶成長面，進一步進行研磨加工而平滑平坦，形成附著基板之GaN晶圓者之縱斷面圖。圖1 9係表示本發明之另一實施例的GaN成長過程之斷面圖。圖1 9 (a)係於基板形成一具窗口之掩膜的狀態斷面圖。圖19(b)係通過窗開口部而於基板上GaN結晶會小刻面成長之狀態斷面圖。圖19(c)係除去基板，取出GaN結 -57- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ^08836^ f (年；夕日

II 113531號專利申請案匕明書修正頁(91年2月） A7 B7 五、發明説明（55 ) 晶，將具凹凸之結晶成長面進行研削加工、研磨加工而使之平滑平埠，裡面亦研削加工而形成單體之GaN晶圓者之縱斷面圖〇圖2 0係表示本發明之另一實施例的GaN成長過程的斷面圖。圖20(a)係於基板形成具有窗口之掩膜的狀態斷面圖。圖20(b)係通過窗開口部而於基板上具有厚度之GaN結晶進行小刻面成長的狀態斷面圖。圖20(c)係除去基板，切割長的GaN結晶錠而形成複數片之斧切晶圓，晶圓之兩面經研削加工而形成平滑平坦之鏡面晶圓者的縱斷面圖。圖2 1係表示本發明之另一實施例的GaN成長過程之斷面圖。圖21(a)係於基板形成一具有窗口的掩膜之狀態斷面圖。圖2 1 (b)係通過窗開口部而於基板上GaN結晶會進行小刻面成長之狀態斷面圖。圖21(c)係除去基板，切割GaN結晶錠而形成1個斧切晶圓，晶圓之兩面經硝削加工而形成平滑平坦者的縱斷面圖。圖21(d)係以其為結晶種而進一步使 hN錠小刻面成長之狀態斷面圖。圖21(e)係切割長的錠而形成複數片之晶圓，研削加工兩面，形成鏡面晶圓者之斷面圖。 (符號之說明） 1 基板 2 掩膜 3 開口部（窗） 4 呈三角畝狀成長之GaN結晶 -58- 本纸張尺度適國S家標準(CNS) A4規格(210 X 297公$ 〜~ --—---

裝訂

k 508836 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 _B7_ 56五、發明說明（） 5 小刻面 6 縱移位 7 橫移位 8 轉向小刻面 9 小刻面 10 GaN鏡面結晶 11 面狀缺陷部 12 鏡面表面 2 1 基板 22 掩膜 23 開口部（窗） 2 4 磊晶成長GaN結晶 25 小刻面 26 附著基板之GaN晶圓 27 磊晶成長GaN結晶 2 8 GaN晶圓 29 具厚度之磊晶成長GaN結晶 3 0〜3 3 經切片之晶圓 34 磊晶成長GaN結晶 3 5 GaN結晶種 36 磊晶成長GaN結晶 37〜40 經切片之GaN結晶 --------------裝--- (請先閱讀背面之注意事填寫本頁) · -丨線； -59- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）

Claims

平哥專利範圍 3. 4. 1· -種單結晶GaN之結晶成長方法，其特徵在於：以氣相成長 < 成長表面為非平面狀態，且具有三次元的小刻面構造之方式，直接擁有小刻面構造，不埋人小刻面構造而使之成長，以減少移位。 2.根據中請專利範圍第i項之單結晶㈣之結晶成長方法，其中三次元的小刻面構造為具有小刻面之核，或，具有小刻面之核的複合體。一種單結晶GaN之結晶成長方法，其特徵在於：以氣相成長之成長表面為非平面狀態，且具有三次元的小刻面構造之方式’直接擁有小刻面構造，不埋入小刻面構造而使之成長，且對於平均的成長面略呈垂直地具有面狀之缺陷，以減少移位。一種單結晶GaN之結晶成長方法，其特徵在於：以氣相成長之成長表面為非平面狀態，且具有三次元的小刻面構造之方式，直接擁有小刻面構造，不埋入小刻面構造而使之成長，且對於平均的成長面略呈垂直地具有線狀缺陷之集合部，以減少移位。 5· —種單結晶GaN之結晶成長方法，其特徵在於：以氣相成長之成長表面為非平面狀態，且具有三次元的小刻面構造之方式，直接擁有小刻面構造，不埋入小刻面構造而使之成長，在由三次元的小刻面所構成之核部中，且對於平均的成長面略呈垂直地具有線狀缺陷之集合部，以減少移位。 6· —種單結晶GaN之結晶成長方法，其特徵在於：以氣相 tr------- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局負工消費合作社印製

經濟部中央標隼局貝工消費合作社印装 AS B8 C8 -- --~一 —_P8 一六、申請專利範固 — -〜--- 成長之成長表面為非平面狀態，且具有三次元構造之方式，直接擁有小刻面構造，不埋人小刻面構告而使（成長，在由三次元的小刻面所構成之核部中，= 對於平均的成長面略呈垂直地具有帶面狀缺陷之部，以減少移位。 ° 7· 一種單結晶GaN之結晶成長方法，其特徵在於··以氣相成長之成長表面為非平面狀態，且具有三次元的小刻面構造《万式，直接擁有小刻面構造，不埋入小刻面構造而使之成長，在由三次元的小刻面所構成之核部中，^ 對於平均的成長面略呈垂直地以輕射狀之形態具有帶面狀的缺陷，以減少移位。 8· —種單結晶GaN之結晶成長方法，其特徵在於··以氣相成長之成長表面為非平面狀態，且具有三次元的小刻面構造之方式，直接擁有小刻面構造，不埋入小刻面構造而使之成長的結晶成長法中，在全區域且厚度方向，具有小刻面成長之歷呈，以減少移位。 9·根據申請專利範圍第1項、第3項、第4項、第5項、第6 項、第7項或第8項中任一項的單結晶GaN之結晶成長方法，其中平均的成長方向為C軸方向。 10·根據申請專利範圍第3項、第6項或第7項中任一項的單結晶GaN之結晶成長方法，其中對於平均的成長面略呈垂直地具有之帶面狀缺陷在於{11-20} 面。 11 ·根據申請專利範圍第3項、第6項或第7項中任一項的單結晶GaN之結晶成長方法，其中對於平均的成長面略呈 •2· 本ϋ尺度逋用中國國家標準（CNS )^4規格（210X297公釐） ' --- « ------、玎-----ΙΦ (請先閎讀背面之注意事^再填寫本頁〕

經濟部中央標準局員工消費合作社印製直地具有之帶面狀缺陷為小傾角粒界。 12·—種單結晶GaN基板之製造方法，其特徵在於：以氣相之成長表面為非平面狀態，且具有三次元的小刻运 W万式’直接擁有小刻面構造，不埋人小刻面構造而使之成長，以減少移位，然後，以機械性加工賦予平面，進一步研磨其表面，俾得到平坦的表面。 13. 根據中請專利範圍第12項之單結晶㈣基板之製造方法，其中機械性加工為切片切割加工。 14. 根據申請專利範圍第12項之單結晶㈣基板之製造方法’其中機械性加工為研削加工。 15. 根據中請專利㈣第12項之單結晶GaN基板之製造方法其中，從氣相成長中及成長後之表面中之三次元的 :刻面構造表面凹凸部之平面觀看的面積，對於其總面積足比率為1 0 %以上。 16. 根據中請專利範圍第12項之單結晶⑽基板之製造方法’其中’由氣相成長中及成長後之表面中之三次元的小刻面所構成之成長核及其複合體所構成之表面凹凸部之平面觀看的面積，且對於從其平面觀看之總面積之比率為4 0 %以上。 17·根據中請專利範㈣12項之單結晶⑽基板之製造方法，其中，由氣相成長中及成長後之表面中之三次元的小刻面戶斤構成之成長減其複合體所構成之表面凹凸部 (平面觀看的面積，且對於從其平面觀看之總面積之比率為8 0 %以上，且相互連結。 (210X297公釐）

τ、申請專利範圍 18·根據申請專利範圍法，尤中，^』 aN基板之製造方 '、中由氧相成長中及成長後之表面中 A 19.根據申請專利範圍第12項至第18項中任_項之單結0 二Ν基板之製造方法’其中氣相成長後之表面中之成‘ 核及其複合體乃含有偏離小刻面之曲面。 20·^據中請專利範圍第17項之單結晶⑽基板之製造方法’其中’由氣相成長後之表面中之成長核及其複合體所構成〈表面凹凸部之平面觀看的面積，且對於其總面積疋比率為80%以上，且全部之面乃以含有偏離小刻面《曲面的小刻面所構成的。 21·根據申請專利範圍第1 2項之單結晶GaN基板之製造方法，其中，以氣相成長之成長表面為非平面狀態，且具有三次元的小刻面構造之方式，直接擁有小刻面構造，不埋入小刻面構造而使之成長，俾減少移位，且對於平均的成長面略呈垂直地具有線狀缺陷之集合部，其線狀缺陷之集合部的密度為1〇5 cm·2以下。經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 22·根據申請專利範圍第12項之單結晶GaN基板之製造方法’其中’以氣相成長之成長表面為非平面狀態，且具有三次元的小刻面構造之方式，直接擁有小刻面構造，不埋入小刻面構造而使之成長，俾減少移位，且其蝕刻核密度為1 06 cm-2以下。 23.根據申請專利範圍第1 2項之單結晶GaN基板之製造方 -4. 本紙張尺度逋用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 508836 A8 B8 C8 D8 七、申請專利範圍法，其中於一種由藍寶石、SiC、Si、尖晶石、 NdGa〇3、ZnO、MgO、Si〇2、GaAs、GaP、GaN、A1N 之任一者所構成的單結晶基板上，使GaN之氣相成長進行成長。 24. 根據申請專利範圍第1 2項之單結晶GaN基板之製造方法，其中於一種由藍寶石、SiC、Si、尖晶石、 NdGa〇3、ZnO、MgO、Si〇2、GaAs、GaP、GaN、A1N 之任一者所構成的單結晶基板上，使GaN之氣相成長進行成長，成長成複數片份以上之厚度後5朝厚度方向進行切片切割。 25. 根據申請專利範圍第1 2項之單結晶GaN基板之製造方法，其中於一種表面具有開口部之由非晶質或多結晶所構成之掩膜層，且由藍寶石、SiC ' Si、尖晶石、 NdGa〇3、ZnO、MgO、Si〇2、GaAs、GaP、GaN、A1N 之任一者所構成的單結晶基板上，使GaN之氣相成長進行成長。經濟部中央標準局員工消費合作社印装 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 26. 根據申請專利範圍第1 2項之單結晶GaN基板之製造方法，其中於一種表面具有開口部之由非晶質或多結晶所構成之掩膜層，且由藍寶石、SiC、Si、尖晶石、 NdGa〇3、ZnO、MgO、Si〇2、GaAs、GaP、GaN、A1N 之任一者所構成的單結晶基板上，使GaN之氣相成長進行成長，成長成複數片份以上之厚度後，朝厚度方向進行切片切割β 27. 根據申請專利範圍第1 2項之單結晶GaN基板之製造方 -5 - 本紙張尺度逍用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 508836 A8 B8 C8 D8 尖晶石申請專利範圍法，其中於一種由藍寶石、SiC、Si NdGa03、ZnO、MgO、Si02、GaAs、GaP、GaN、AIN 之任一者所構成的單結晶基板上，使GaN之氣相成長進行成長後，除去此等基材基板。 28·根據申凊專利範圍第2 7項之單結晶GaN基板之製造方法，其中於一種表面具有開口部之由非晶質或多結晶所構成之掩膜層，且由藍寶石、SiC、Si、尖晶石、 NdGa03、ZnO、MgO、Si02、GaAs、GaP、GaN、A1N 之任一者所構成的單結晶基板上，使GaN之氣相成長進行成長後，除去此等基材基板。 29. —種單結晶GaN基板之製造方法，其特徵在於：於GaAs (111)面上形成掩膜層’於其上氣相成長之成長表面為非平面狀態，且具有三次元的小刻面構造之方式，直接擁有小刻面構造，特別直接具有由小刻面所構成之核及核的複口 m，不埋入此等小刻面構造而使之成長，俾減少移位，然後，除去GaAs基板後，進行研磨表面、裡面。 30· —種單結晶GaN基板之製造方法，其特徵在於：以申請專利範圍第24項、第26項、第27項、第28項所得到之單結晶GaN基板作為結晶種，進一步於其上氣相成長之成長表面為非平面狀態，且具有三次元的小刻面構造之方式，直接擁有小刻面構造，特別直接具有由小刻面所構成之核及核的複合體，不埋入此等小刻面構造而使之成長’俾減少移位，成長成複數片以上之厚度後，朝厚度方向進行切片加工後，進行研磨加工。 I---------------ir------φ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局貞工消費合作社印製

、申請專利範園 31=申，專利範圍_、第5項、第6項、或第7項中任 =二的早結晶GaN之結晶成長方法，其特徵在於··具有處SC广：面之核’或，具有小刻面之核的複合體之其柱徑為10 至2〇〇0 。 32. = 2晶⑽基板，其特徵在於：以氣相成長之成長 ^面為非平面狀態，且具有三次元的小刻面構造之方直接擁有小刻面構造’不埋人小刻面構造而使長，以減少移位，然後，以機械性加工賦予平面，進一步研磨其表面，俾得到平坦的表面。 33·，據申請專利範圍第32項之單結晶㈣基板，其中，從轧相成長中及成長後之表面中之三次元的小刻面構造表面凹凸部之平面觀看的面積，對於其總面 1 0 %以上。千4 34. 根據申請專利範圍第32項之單結晶GaN基板，其中，由氣相成長中及成長後之表面中之三次元的小刻面所構成足成長核及其複合體所構成之表面凹凸部之平面觀看的 I積，且對於從其平面觀看之總面積之比率為4〇%以 35. 根據申請專利範圍第32項之單結晶GaN基板，其中，由氣相成長中及成長後之表面中之三次元的小刻面所構成之成長核及其複合體所構成之表面凹凸部之平面觀看的面積’且對於從其ϋ觀看之總面積之比率為8〇%以上，且互相連結。 36·根據申請專利範圍儀㈣之單結晶⑽基板，其中，由六、申請專利範圍氣相成長中及成長後之表面中之^ 的小刻面所構成 :成長核及其複合體的全部乃互相連結且不具有C面 37. 根據申請專利範圍第32、33、34、35或36項之單結晶 GaN基板’其中氣相成長後之表面中之成長核及其複人體乃含有偏離小刻面之曲面。 P 38. 根據申請專利範圍第35項之單結晶⑽基板，其中，由氣相成長後之表面中之成長核及其複合體所構成之表面凹凸部之平面觀看的面積，且對於其總面積之比率為 80%以上’且全部之面乃以含有偏離小刻面之曲面的刻面所構成的。 39·根據申請專利範圍第32項之單結晶基板，其中，以氣相成長之成長表面為非平面狀態，且具有三次元的小刻面構之方式，直接擁有小刻面構造，不埋入小刻面構造而使之成長，俾減少移位，且對於平均的成長面略呈垂直地具有線狀缺陷之集合部，其線狀缺陷之集合部的密度為105 cm·2以下。經濟部中央標率局員工消費合作社印裝 40·根據申請專利範圍第32項之單結晶GaN基板，其中，以氣相成長之成長表面為非平面狀態，且具有三次元的小刻面構造之方式，直接擁有小刻面構造，不埋入小刻面構造而使之成長，俾減少移位，且其餘刻密度為1〇6 cm·2 以下。 41，根據申請專利範圍第3 2、3 3、3 4、3 5或3 6項之單#士晶 GaN基板’其特徵在於：具有三次元的小刻面之核， -8 本紙張尺度逋用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 508836 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍或，具有小刻面之核的複合體之處，其核徑為1 0 // m至 2000 /z m 〇 42. 根據申請專利範圍第3 2項之單結晶GaN基板，其中於一種由藍寶石、SiC、Si、尖晶石、NdGa03、ZnO、 MgO、Si02、GaAs、GaP、GaN、A1N之任一者所構成的單結晶基板上，使GaN之氣相成長進行成長後，除去此等基材基板。 43. 根據申請專利範圍第42項之單結晶GaN基板，其中於一種表面具有開口部之由非晶質或多結晶所構成之掩膜層，且由藍寶石、SiC、Si、尖晶石、NdGa03、ZnO、 MgO、Si02、GaAs、GaP、GaN、A1N之任一者所構成的單結晶基板上，使GaN之氣相成長進行成長後，除去此等基材基板。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印裝本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐）