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TW201443990A - 用於生長平坦半極性的氮化鎵之技術 - Google Patents

用於生長平坦半極性的氮化鎵之技術 Download PDF

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TW201443990A
TW201443990A TW103127367A TW103127367A TW201443990A TW 201443990 A TW201443990 A TW 201443990A TW 103127367 A TW103127367 A TW 103127367A TW 103127367 A TW103127367 A TW 103127367A TW 201443990 A TW201443990 A TW 201443990A
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nitride
semi
polar
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film
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TW103127367A
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English (en)
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特洛伊Ｊ 貝克
班哲明Ａ 黑斯克爾
保羅Ｔ 費妮
史蒂芬Ｐ 丹巴爾斯
詹姆士Ｓ 史貝克
中村修二
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美國加利福尼亞大學董事會
獨立行政法人科學技術振興機構
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Abstract

本發明揭示一種用於在一斜切尖晶石基板上生長平坦半極性的氮化物膜之方法，其中該平坦半極性的氮化物膜之一大區域係平行於該基板的表面。該等平坦膜與基板為：(1)生長在以特定方向斜切之一{100}尖晶石基板上的{□}氮化鎵(GaN)，(2)生長在一{110}尖晶石基板上的{□}氮化鎵(GaN)，(3)生長在一{□}藍寶石基板上的{□}氮化鎵(GaN)，以及(4)生長在一{□}藍寶石基板上的{□}氮化鎵(GaN)。

Description

用於生長平坦半極性的氮化鎵之技術
本發明係關於一種用於生長平坦半極性的氮化鎵之技術。
已適當建立氮化鎵(GaN)及其併入鋁及銦的三元及四元化合物(AlGaN、InGaN、AlInGaN)之有效性來製造可見及紫外線光電子裝置與高功率電子裝置。該等裝置通常使用包含分子束磊晶(MBE)、金屬有機化學汽相沉積(MOCVD)與氫化物汽相磊晶(HVPE)之生長技術加以磊晶式地生長。
GaN及其合金在六邊形纖鋅型晶體結構中最為穩定，其中該結構藉由彼此(a軸)旋轉120°的二(或三)個等效基礎平面軸加以說明，所有軸係垂直於獨特的c軸。III族及氮原子佔據沿晶體之c軸的交替c平面。包含在纖鋅型結構中的對稱元素指示III族氮化物擁有沿此c軸的塊量自然偏光，並且纖鋅型結構呈現出壓電偏光。
目前用於電子及光電子裝置的氮化物技術使用沿極性c方向生長的氮化物膜。然而，以III族氮化物為基礎的光電子及電子裝置中的傳統c平面量子井結構，由於存在強壓電及自然偏光而遭受不合需要的量子侷限史塔克效應(QCSE)。沿c方向的強內建電場引起電子及電洞的空間分離，該等電子及電洞依次引起受到限制的載子重組效率、減小的振盪器強度與紅移發射。
消除GaN光電子裝置中的自然及壓電偏光效應的一個方法係在晶體之非極性平面上生長裝置。此類平面包含等數量的Ga及N原子並且帶中性電。此外，後來的非極性層為彼此等效，因此塊晶(bulk crystal)不會沿生長方向偏光。GaN中的對稱等效非極性平面之二此類族係共同瞭解為a平面的{110}族，及共同瞭解為m平面的{100}族。遺憾的是，儘管加州大學的研究員已提出看法，例如如以上交叉參考的申請案中所說明，但是非極性GaN之生長仍存在問題而且尚未廣泛用於III族氮化物行業。
減小或可能消除GaN光電子裝置中的偏光效應之另一個方法係在晶體之半極性平面上生長裝置。術語「半極性平面」可用以指大範圍的各種平面，其擁有二非零h、i或k米勒指數及一非零l米勒指數。c平面GaN異質磊晶中半極性平面之某些共同觀察的範例包含{112}、{101}及{103}平面，其係發現在陷阱(pit)之小平面中。該等平面亦偶然與發明者已採用平坦膜的形式所生長之平面相同。纖鋅型晶體結構中的半極性平面之其他範例包括(但不限於){102}、{201}及{104}平面。氮化物晶體的偏光向量位於此類平面內或垂直於此類平面，但是更合適相對於平面的表面法線成某傾斜角。例如，{101}及{103}平面係分別與c平面成62.98°及32.06°的角。
偏光的另一原因為壓電偏光。此出現在材料經歷壓縮或拉伸應變時，如可以出現於在氮化物異質結構中生長不同組成(及因此不同的晶格常數)之(Al、In、Ga、B)N層時。例如，GaN模板上的薄AlGaN層將具有平面內拉伸應變，並且GaN模板上的薄InGaN層將具有平面內壓縮應變，二者皆係由於與GaN的晶格匹配。因此，對於GaN上的InGaN量子井而言，壓電偏光將指向與InGaN及GaN的自然偏光之方向相反的方向。對於與GaN晶格匹配的AlGaN層而言，壓電偏光將指向與AlGaN及GaN的自然偏光之方向相同的方向。
使用半極性平面超過c平面氮化物之優點在於總偏光會減少。對於特定平面上的特定合金成分而言甚至可能存在零偏光。此類方案將在未來的科技論文中加以詳細說明。要點在於同c平面氮化物結構之偏光相比，該偏光會減少。
GaN之塊晶尚無法使用，因此不可能簡單地切割晶體來揭示用於後來裝置再生長的平面。通常而言，GaN膜係最初異質磊晶式地生長，即在提供與GaN的合理晶格匹配之外來基板上。
已在圖案化c平面定向條紋之側壁上證實半極性GaN平面。Nishizuka等人已藉由此技術生長{112}InGaN量子井。(參見Nishizuka,K.，應用物理期刊第85卷第15號，2004年10月11日。)其亦已證實半極性平面{112}之內部量子效率係高於c平面之內部量子效率，此係由減少的偏光所產生。
然而，產生半極性平面的此方法完全不同本發明之方法；其為自磊晶橫向過生長(ELO)的人造物品。ELO係用以減少GaN及其他半導體中的缺陷。其涉及到光罩材料(通常為用於GaN的SiO2)之圖案化條紋。GaN係從光罩之間的開啟窗口生長並接著生長在光罩上。為了形成連續膜，接著藉由橫向生長來接合GaN。可藉由生長參數控制該等條紋之小平面。若生長在該等條紋接合之前停止，則可以曝露半極性平面之較小區域。表面區域的寬度最佳可以為10μm。此外，半極性平面將不平行於基板表面。另外，表面區域太小，因而無法處理成半極性LED。此外，在傾斜小平面上形成裝置結構比在垂直平面上形成該等結構要困難許多。
本發明說明用於生長半極性的氮化物之平坦膜之技術，其中(Al、In、Ga)N之大區域係平行於基板表面。例如，與先前證實用於生長半極性的氮化物之幾微米寬的區域相比，通常在10mm×10mm或2英寸直徑的基板上生長樣本。
本發明說明一種用於生長半極性的氮化物作為平坦膜(例如GaN之{101}、{103}及{112}平坦膜)之方法。生長半極性的氮化物半導體可提供減小纖鋅型結構III族裝置結構中的偏光效應之措施。
10‧‧‧可選的基板製備
12‧‧‧載入反應器
14‧‧‧降低溫度
16‧‧‧氣流
18‧‧‧減小壓力
20‧‧‧GaN生長
22‧‧‧冷卻反應器
24‧‧‧生長裝置層
現在參考圖式，其中在所有圖式中相同參考數字表示相應部分：
圖1A、1B及1C為具有圖1A以(無斜切)、圖1B(<010>方向上的斜切)及圖1C(<011>方向上的斜切)之基板斜切之(100)尖晶石上的GaN之光學顯微圖。
圖2為說明本發明之較佳具體實施例的處理步驟之流程圖。
圖3為在藉由HVPE生長的{101}GaN模板上藉由MOCVD生長的LED之照片。
在較佳具體實施例之以下說明中，參考形成本發明之一部分的附圖，並且經由說明來顯示其中可實施本發明的一特定具體實施例。應瞭解可利用其他具體實施例並且可改變結構而不脫離本發明之範疇。
概覽
生長半極性的氮化物半導體(例如GaN之{101}、{103}及{112}平面)可提供減小纖鋅型結構III族氮化物裝置結構中的偏光效應之措施。半導體術語氮化物指(Ga、Al、In、B)N及該等半導體之任何合金成分。目前的氮化物裝置係在極性[0001]c方向上生長，此導致電荷在垂直裝置中沿主要傳導方向分離。所獲得的偏光場對於目前技術光電子裝置之電流狀態的性能係有害的。藉由減小沿傳導方向的內建電場，沿半極性方向生長該等裝置可以明顯改進裝置性能。
直到現在，尚不存在用於生長適合用作裝置層、模板或裝置生長中的基板之半極性的氮化物之大區域、高品質膜的措施。本發明之新穎特徵為建立可以生長為平坦膜之半極性的氮化物。顯然，發明者已生長GaN之{101}、{103}及{112}平坦膜。然而，此觀念之範疇並不僅限於該等範例。此觀念係關於氮化物之所有半極性平坦膜。
技術說明
本發明包括用於生長平坦氮化物膜之方法，其中半極性的氮化物之大區域係平行於基板表面。此方法之範例為{101}及{103}GaN膜。在此特定具體實施例中，將MgAl2O4尖晶石基板用於生長程序。特別重要的是在適當方向上斜切尖晶石以生長{101}GaN。生長於為在軸上並且朝<001>方向斜切之{100}尖晶石上的{101}GaN將具有彼此成90°的二個域。此在分別顯示於圖1A(無斜切)及1B(<010>方向上的斜切)中之(100)尖晶石上的GaN之光學顯微圖中比較明顯。
然而，{101}單晶GaN生長於在<011>方向上斜切之{100}尖晶石上，如圖1C(<011>方向上的斜切)中的(100)尖晶石上的GaN之光學顯微圖所示。將X射線繞射(XRD)用以確認採用朝<011>方向斜切之(100)尖晶石上生長的膜為單晶並且在軸上生長或朝<010>方向斜切的膜具有二域。
{103}單晶GaN係生長於標稱軸上(缺少有意斜切){110}尖晶石上。將XRD用以確認{103}GaN為單晶。
此外，已在m平面藍寶石，即{100}Al2O3上生長{112}GaN及{103}GaN之平坦膜。在半導體生長中一般不將一個基板用於生長相同磊晶材料之二個不同平面。然而，可以在GaN生長之前於不同溫度下藉由流動氨來可再生地選擇平面。此外，將XRD用以確定膜的單晶特性。
因此，已採用實驗方法證明平坦半極性的氮化物膜之四個範 例：1)於特定方向(<001>、<010>及<011>)上斜切之{100}尖晶石上的{101}GaN，2){110}尖晶石上的{103}GaN，3){100}藍寶石上的{112}GaN，以及4){100}藍寶石上的{103}GaN。
使用加州大學聖塔巴巴拉之中村修二實驗室中的HVPE系統生長該等膜。用於{101}及{103}的生長參數之一般概要為10托與1000托之間的壓力，及900℃與1200℃之間的溫度。此較大範圍的壓力顯示出該等平面在生長於規定基板上時係很穩定的。磊晶關係應該適用而不管反應器的類型。然而，用於生長該等平面的反應器條件將依據個別反應器及生長方法(例如HVPE、MOCVD及MBE)而發生變化。
處理步驟
圖2為說明本發明之較佳具體實施例的處理步驟之流程圖。明確而言，該等處理步驟包括生長平坦半極性的氮化物膜之方法，其中該平坦半極性的氮化物膜之一大區域係平行於基板的表面。
方塊10表示製備基板之可選步驟。例如，製備可涉及執行基板之斜切。為了生長{101}GaN，在<011>方向(其包含<010>及<011>)上進行斜切來使用(100)尖晶石基板。為了生長{103}GaN，使用軸上(110)尖晶石基板。(110)尖晶石可以或不可以具有任何方向上的斜切，但是斜切並沒有必要，因為要在(100)尖晶石上生長{101}GaN。
方塊12表示將基板載入HVPE反應器之步驟。反應器係抽空成至少9E-2托以移除氧氣，接著反應器係採用氮氣加以回填。
方塊14表示在一定條件下開啟爐子並降低反應器的溫度以促進基板之表面的氮化之步驟。
方塊16表示執行氣流之步驟。該程序一般於大氣壓力下使氮 氣、氫氣及/或氨氣在基板上流動。
方塊18表示減小反應器中的壓力之步驟。爐子溫度設定點為1000℃，並且在其達到此溫度時，將反應器的壓力減小至62.5托。
方塊20表示執行GaN生長之步驟。在減小壓力之後，將氨流量設定為1.0slpm(每分鐘標準升)，啟動75sccm(每分鐘標準立方釐米)之Ga(鎵)上的HCl(氯化氫)流量以開始生長GaN。
方塊22表示冷卻反應器之步驟。在20至60分鐘的GaN生長時間之後，停止HCl流量，並且使反應器冷卻，同時使氨氣流動以保存GaN膜。
該等步驟的最終結果包括一平坦半極性的氮化物膜，其中該平坦半極性的氮化物膜之大表面區域(至少10mm×10mm或2英寸直徑)係平行於基板的表面。
雖然結合尖晶石基板說明程序步驟，但是m平面藍寶石可用於生長{112}GaN或{103}GaN。除一點之外，該程序係與以上說明的程序相同。為了生長{112}GaN，使氨氣流動，同時將爐子溫度降低至生長溫度，因此於低溫下會出現氮化。為了選擇{103}GaN，在降低溫度步驟期間只能使氫氣及氮氣流動。接著在生長溫度下使氨氣流動的情況下，基板應該經歷高溫氮化。
在已使用HVPE系統生長半極性的膜之後，方塊24表示使用MOCVD或MBE在基板上生長裝置層的步驟。此步驟通常涉及將氮化物層與n型及p型摻雜物摻雜，並且在再生長層中生長一或數個量子井。在絕對無塵室中使用標準LED處理方法，可以在此步驟中製造LED。
圖3為在藉由HVPE生長的{101}GaN模板上藉由MOCVD生長的綠LED之照片。明確而言，藉由先前說明的HVPE生長程序而生長模板，並且藉由MOCVD生長LED結構。此為第一{101}GaN LED。
可能的修改及變更
本發明之範疇涵蓋超過僅引用的特定範例以外之內容。此觀念與任何半極性平面上的所有氮化物相關。例如，可以在斜切(100)尖晶石基板上生長{101}AlN、InN、AlGaN、InGaN或AlInN。另一範例為若找到適當的基板，則可以生長{102}氮化物。該等範例及其他可能的範例仍可獲取平坦半極性的膜之全部利益。
在加州大學聖塔巴巴拉之中村修二實驗室中執行的研究係使用HVPE完成；然而，應該也可以使用MOCVD及MBE直接生長氮化物之半極性平面。對於大多數生長方法而言磊晶關係應該係相同的，儘管其可以發生變化，此可從m平面藍寶石上的GaN之範例中看出。例如，使用MOCVD生長的{101}GaN LED可以直接生長在斜切(100)尖晶石上而無需HVPE模板。此觀念涵蓋產生平坦半極性的氮化物膜之任何生長技術。
反應器條件將根據反應器類型及設計發生變化。此處說明的生長僅說明已發現可用於生長半極性GaN的條件之一組條件。還發現該等膜將在壓力、溫度、氣體流量等(其全部產生平坦半極性的氮化物膜)之大參數範圍下生長。
存在可以在生長程序中發生變化的其他步驟。頃發現一成核層對於反應器條件而言沒有必要，然而可能必須或可能不必將一成核層用於其他反應器，此在GaN膜的生長中為慣例。亦頃發現對基板進行氮化可改進用於某些膜的表面形態，並決定用於其他膜的實際平面生長。然而，此對於任何特定生長技術而言可能有必要或可能沒必要。
優點及改進
現有做法係在使c平面垂直於基板表面的情況下生長GaN。此平面具有對於裝置性能有害的自然偏光及壓電偏光。半極性超過c平面氮化物膜之優點在於對某些裝置而言偏光方面的減少以及內部量子效率方面的相關增加。
非極性平面可用以完全消除裝置中的偏光效應。然而，該等平面相當難以生長，因此目前不生產非極性氮化物裝置。半極性超過非極性氮化物膜之優點在於易於生長。頃發現半極性平面具有其中將生長的大參數空間。例如，非極性平面將不會在大氣壓力下生長，但是半極性平面已採用實驗方法證實可在從62.5托至760托的壓力下生長，而且很可能具有比其更大的範圍。{100}GaN係在低壓力下生長，但是在壓力增加至760托時，於所有其他方面相同的情況下，將產生c平面GaN。此很可能與用於二個平面的單位單元之外形有關。{110}GaN之另一困難在於將In併入InGaN裝置。結果發現併入In對於{101}GaN係相當有益。
平坦半極性的膜超過ELO側壁之優點在於可以在LED或另一裝置中處理的大表面區域。另一優點在於生長平面係平行於基板表面，不像ELO側壁半極性平面之生長表面一樣。
概述而言，本發明建立可以生長平坦半極性的氮化物膜。此已採用實驗方法針對四種單獨情況加以確定。先前說明的優點將與所有平坦半極性的膜相關。
參考文獻
下列參考係以引用的方式併入本文中：
[1] Takeuchi、Tetsuya，日本應用物理雜誌第39卷(2000)第413至416頁。此論文為半極性GaN膜之極性的理論研究。
[2] Nishizuka, K.，應用物理期刊第85卷第15號，2004年10月11日。此論文為ELO材料之{112}GaN側壁的研究。
[3] T. J. Baker、B. A. Haskell、F. Wu、J. S. Speck及S. Nakamura，「尖晶石基板上的平坦半極性的氮化鎵膜之特徵」，日本應用物理雜誌第44卷第29號(2005)，L920。
[4] A. Chakraborty、T. J. Baker、B. A. Haskell、F. Wu、J. S. Speck、S. P. Denbaars、S. Nakamura及U. K. Mishra，「半極性GaN模板上的毫瓦功率藍InGaN/GaN發光二極體」，日本應用物理雜誌第44卷第30號(2005)，L945。
[5] R. Sharma、P. M. Pattison、H. Masui、R. M. Farrell、T. J. Baker、B. A. Haskell、F. Wu、S. P. Denbaars、J. S. Speck及S. Nakamura，「半極性(10-1-3) InGaN/GaN綠發光二極體之證實」，應用物理期刊87，231110 (2005)。
[6] T. J. Baker、B. A. Haskell、F. Wu、J. S. Speck及S. Nakamura，「藍寶石基板上的平坦半極性的氮化鎵膜之特徵」，日本應用物理雜誌第45卷第6號(2006)，L154。
結論
此部分對本發明之較佳具體實施例的說明作出結論。基於解說及說明之目的，已揭示本發明之一或多項具體實施例的上述說明。並不預計沒有遺漏或將本發明限於所揭示的精確形式。根據以上原理，可進行許多修改及變更。預計本發明之範疇並不受此詳細說明的限制，而受所附申請專利範圍的限制。
10‧‧‧可選的基板製備
12‧‧‧載入反應器
14‧‧‧降低溫度
16‧‧‧氣流
18‧‧‧減小壓力
20‧‧‧GaN生長
22‧‧‧冷卻反應器
24‧‧‧生長裝置層

Claims (35)

  1. 一種氮化物裝置之方法，其包括：生長於一基板之一表面上之一半極性的氮化物膜，其中：該半極性的氮化物膜係一(Al、In、Ga、B)N膜或III族氮化物膜；當生長時，該半極性的氮化物膜之一生長表面係平坦且穩定的；該半極性的氮化物膜之該生長表面具有與該基板之該表面平行之至少10mm×10mm之一表面區域；及相較於在一c平面極性的氮化物膜上所生長之裝置層，該平坦半極性的氮化物膜減少在半極性的膜上所生長之裝置層的偏光，具有不同的組成且因此具有不同的晶格常數之該等裝置層及該等膜導致該偏光。
  2. 如請求項1之氮化物裝置，其中該半極性氮化物膜係一{10-13}GaN膜。
  3. 如請求項1之氮化物裝置，其中該半極性氮化物膜係一{20-21}氮化物膜。
  4. 如請求項1之氮化物裝置，其中該半極性氮化物膜係一104氮化物膜。
  5. 如請求項1之氮化物裝置，其中該半極性氮化物膜係一102氮化物膜。
  6. 如請求項1之氮化物裝置，其中該半極性氮化物膜係一{10-11}氮化鎵。
  7. 如請求項6之氮化物裝置，其中該基板係在一<011>方向上斜切之一(100)尖晶石基板。
  8. 如請求項1之氮化物裝置，其中該半極性氮化物膜係一{11-22}GaN膜。
  9. 如請求項8之氮化物裝置，其中該基板係一(1-100)藍寶石基板。
  10. 如請求項2之氮化物裝置，其中該基板係一(1-100)藍寶石基板。
  11. 如請求項2之氮化物裝置，其中該基板係一(110)尖晶石基板。
  12. 如請求項1之氮化物裝置，其中該半極性氮化物膜係一氮化鎵(GaN)膜。
  13. 如請求項1之氮化物裝置，其進一步包括在該平坦半極性的GaN膜上之一或多個裝置層，其中：該等裝置層包括(Al、In、Ga、B)N或III族氮化物；該等裝置層包括n型及p型層；及相較於一c平面極性的GaN膜上之裝置層，該等裝置層具有包括壓電偏光之一減少的總偏光。
  14. 如請求項1之氮化物裝置，其進一步包括在該表面區域上之綠色發光二極體層。
  15. 如請求項1之氮化物裝置，其中該半極性的膜之該表面區域具有至少一50mm(2英寸)直徑。
  16. 如請求項1之氮化物裝置，其中該半極性的膜係用於一半極性光電或電子裝置之一基板。
  17. 如請求項1之氮化物裝置，其中該膜係為單晶。
  18. 如請求項1之氮化物裝置，其中該表面區域在至少5微米乘以5微米之一區域上具有不超過3.5奈米之一均方根(root mean square)平面粗糙度(roughness)。
  19. 如請求項1之氮化物裝置，其中該表面區域在至少5微米乘以5微米之一區域上具有不超過5.5奈米之一均方根平面粗糙度。
  20. 如請求項1之氮化物裝置，其中該半極性氮化物膜包括具有不超 過2×105cm-1之一密度之基礎平面堆疊斷層(faults)之氮化鎵。
  21. 如請求項1之氮化物裝置，其中該半極性氮化物膜包括具有不超過9×108cm-1之一螺紋狀差排(threading dislocation)密度之氮化鎵。
  22. 如請求項1之氮化物裝置，其中：該半極性氮化物膜具有以最大值之一半之一全寬(FWHM)之該半極性方向之一峰值之一在軸上振動曲線(rocking curve)為特徵之一晶體品質：不超過朝一[0002]方向振動之900角秒(arcsecond)，及不超過朝一[1-210]方向振動之750角秒(arcsecond)，且其中該震動曲線係由X光繞射量測。
  23. 一種生長一氮化物膜之方法，其包括：將一基板載入一反應器，其中抽空該反應器以移除氧氣，並接著採用氮氣回填該反應器；開啟一爐子並在促進該基板的表面氮化的條件下逐漸改變該反應器的一溫度；在大氣壓力下於該基板上執行氮氣、氫氣或氨氣之一氣流；在該爐子達到一設定點溫度時減小該反應器的壓力；在減小該反應器的壓力之後，藉由使氨氣流動，並在鎵(Ga)上啟動氯化氫(HCl)之一氣流以開始該GaN之該生長，而在該基板上執行一氮化鎵(GaN)生長，其中一平坦半極性的氮化物膜平行於該基板的表面而生長；以及在該GaN之該生長之後冷卻該反應器，其中停止該HCl氣流，並且冷卻該反應器，同時使氨氣流動以保存該GaN。
  24. 如請求項23之方法，其中在將該基板載入該反應器中之前斜切該基板。
  25. 如請求項23之方法，其中為了生長{11-22}GaN，使氨氣流動，同時將該爐子溫度逐漸改變至該生長溫度，因此氮化在低溫下出現。
  26. 如請求項23之方法，其中為了生長{10-13}GaN，在該溫度逐漸改變步驟期間僅使氫氣及氮氣流動，並且接著在該生長溫度下採用氨氣流使該基板經歷一高溫氮化。
  27. 一種製造一氮化物裝置之方法，其包括：在生長條件下於一基板之一表面上生長之一半極性的氮化物膜，其中：該半極性的氮化物膜係一(Al、In、Ga、B)N膜或III族氮化物膜；當生長時，該半極性的氮化物膜之一生長表面係平坦且穩定的；該半極性的氮化物膜之該生長表面具有與該基板之該表面平行之至少10mm×10mm之一表面區域；及相較於在一c平面極性的氮化物膜上所生長之裝置層，該平坦半極性的氮化物膜減少在半極性的膜上所生長之裝置層的偏光，具有不同的組成且因此具有不同的晶格常數之該等裝置層及該等膜導致該偏光。
  28. 如請求項27之方法，其中生長該半極性的III族氮化物層包括：(a)基於該半極性的III族氮化物層之一需要的半極性方向以選擇一基板及該基板之一表面之一方向；(b)將該基板載入一反應器；(c)改變該反應器的一溫度；及(d)在該改變期間，使在該基板之該表面上之一氣體組合流動，其中： (i)該氣體組合包括氨氣、氫氣及氮氣中之一或多者；及(ii)基於該基板及該需要的半極性方向以選擇該氣體組合；及(e)當達到一生長溫度時，使用一氣相磊晶法或氣相沈積以在該基板之該表面上生長該半極性的III族氮化物層，其中：該半極性的III族氮化物層之一生長表面係平坦且穩定的，及該半極性的氮化物膜之該生長表面具有與該基板之該表面平行之至少10mm×10mm之該表面區域。
  29. 如請求項28之方法，其中：(f)當該基板係為藍寶石且該表面係該藍寶石之一{100}表面時，(i)該等氣流包括隨著該反應器之溫度改變升高至該生長溫度而流動之氮氣及氫氣，以使得該等氨氣在該生長溫度下流動以獲得之一平坦半極性的GaN膜，其係為{103}GaN，或(ii)該等氣流包括隨著該反應器之溫度改變升高至該生長溫度而流動之氨氣，以使得該等氨氣在一低溫度下流動以獲得該平坦半極性的GaN膜，其係為{112}GaN；(g)當該基板係為一尖晶石基板且該表面係尖晶石之一{110}表面時，在促進該尖晶石的該表面氮化的條件下改變該溫度以獲得該平坦半極性的GaN膜，其係為{103}GaN；及(h)當該基板係為一尖晶石基板且該表面係在一<011>方向上斜切之該尖晶石之一{100}表面時，在促進該尖晶石的該表面氮化的條件下改變該溫度以獲得該平坦半極性的GaN膜，其係為{101}GaN。
  30. 如請求項27之方法，其中該半極性氮化物膜係氮化鎵。
  31. 如請求項27之方法，其中該等生長條件係使得該表面區域在至 少5微米乘以5微米之一區域上具有不超過3.5奈米之一均方根平面粗糙度。
  32. 如請求項27之方法，其中該等生長條件係使得該表面區域在至少5微米乘以5微米之一區域上具有不超過5.5奈米之一均方根平面粗糙度。
  33. 如請求項27之方法，其中該等生長條件係使得該半極性氮化物膜包括具有不超過2×105cm-1之一密度之基礎平面堆疊斷層之氮化鎵。
  34. 如請求項27之方法，其中該等生長條件係使得該半極性氮化物膜包括具有不超過9×108cm-1之一螺紋狀差排密度之氮化鎵。
  35. 如請求項27之方法，其中該等生長條件係使得：該半極性氮化物膜具有以最大值之一半之一全寬之該半極性方向之一峰值之一在軸上振動曲線為特徵之一晶體品質：不超過朝一[0002]方向振動之900角秒，及不超過朝一[1-210]方向振動之750角秒，且其中該震動曲線係由X光繞射量測。
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