[发明专利]改善的半绝缘III族金属氮化物及其制造方法

权利要求书

1.一种含氮化镓晶体，包括：

长度大于约5毫米的结晶衬底元件；

基本为纤锌矿结构，该结构的特征在于基本不含其他晶体结构，所述其他结构与所述基本纤锌矿结构的体积相比小于约1体积％；

大于约10¹⁵cm^-3的Li、Na、K、Rb、Cs、Mg、Ca、F和Cl至少之一的杂质浓度；和

电阻大于约10⁷Ω-cm。

2.权利要求1所述的氮化镓晶体，其中氧的杂质浓度小于约10¹⁵cm^-3。

3.权利要求2所述的氮化镓晶体，其中氧的杂质浓度小于约10¹⁸cm^-3。

4.权利要求1所述的氮化镓晶体，还包括选自至少V、Cr、Mo、W、Mn、Re、Fe、Ru、Os、Co、Rh、Ir、Ni、Pd、Pt、Cu、Ag、Au、Zn、Cd和Hg中的至少一种补偿掺杂剂，其中所述补偿掺杂剂的浓度小于约10¹⁵cm^-3。

5.权利要求4所述的氮化镓晶体，其中所述补偿掺杂剂的浓度小于约10¹⁷cm^-3。

6.权利要求1所述的氮化镓晶体，其中在约395纳米至约460纳米波长下的光学吸收系数小于约10cm^-1。

7.权利要求1所述的氮化镓晶体，其中在约395纳米至约460纳米波长下的光学吸收系数小于约0.2cm^-1。

8.权利要求1所述的氮化镓晶体，其中所述其他结构小于约0.1体积％。

9.权利要求1所述的氮化镓晶体，其中所述衬底元件具有大于约1毫米的厚度。

10.权利要求9所述的氮化镓晶体，其中所述长度大于约20毫米。

11.权利要求1所述的氮化镓晶体，其中所述长度大于约100毫米。

12.权利要求1所述的氮化镓晶体，其中所述结晶衬底元件的特征在于大于100米的晶体学曲率半径。

13.权利要求1所述的氮化镓晶体，其中所述结晶衬底元件的特征在于无限大的晶体学曲率半径。

14.权利要求1所述的氮化镓晶体，其中所述结晶衬底元件具有1纳米以下的均方根表面粗糙度。

15.权利要求1所述的氮化镓晶体，其中所述结晶结构应用于包括以下至少之一的器件：发光二极管、激光二极管、光电检测器、雪崩光电二极管、晶体管、整流器、闸流管；晶体管、整流器、肖特基整流器、闸流管、p-i-n二极管、金属-半导体-金属二极管、高电子迁移率晶体管、金属半导体场效应晶体管、金属氧化物场效应晶体管、功率金属氧化物半导体场效应晶体管、功率金属绝缘体半导体场效应晶体管、双极结晶体管、金属绝缘体场效应晶体管、异质结双极晶体管、功率绝缘栅双极晶体管、功率垂直结场效应晶体管、级联开关、内次能带发射器、量子阱红外光电检测器、量子点红外光电检测器、太阳能电池及用于光电化学水裂解和制氢的二极管。

16.一种含有结晶衬底元件的含氮化镓的晶体，其具有：

基本为纤锌矿结构，该结构的特征在于基本不含其他晶体结构，所述其他结构与所述基本纤锌矿结构的体积相比小于约1体积％；

大于约10¹⁵cm^-3的Li、Na、K、Rb、Cs、Mg、Ca、F和Cl至少之一的杂质浓度；和

电阻大于约10⁷Ω-cm。