CN101070619A - GaN晶体衬底 - Google Patents

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Abstract

一种GaN晶体衬底，具有其上生长晶体的晶体生长表面(10c)和与晶体生长表面(10c)相对的后表面(10r)。晶体生长表面(10c)具有至多10nm的粗糙度Ra(C)，以及后面表面(10r)具有至少0.5μm和至多10μm的粗糙度Ra(R)，以及该表面粗糙度Ra(R)与表面粗糙度Ra(C)的比率Ra(R)/Ra(C)至少是50。因此，可以在而不损害GaN晶体衬底上生长的半导体层的形态条件下，提供其中可区分其前和后表面的GaN晶体衬底。

Description

GaN晶体衬底
技术领域
本发明涉及一种用于半导体器件等等的GaN晶体衬底，具体涉及一种其前和后表面可互相区分的GaN晶体衬底。
背景技术
GaN晶体衬底被广泛地用作半导体器件如发光器件、电子设备或半导体传感器用的衬底。这里，通过在其上生长晶体的GaN晶体衬底的表面(也称为晶体生长表面或前表面，下面相同)上形成至少一个半导体层，形成半导体器件。由此，为了制造半导体器件，必需区分GaN晶体衬底的前表面和后表面(后表面是与晶体生长表面相对的表面，下面相同)。
通过沿规定的晶体取向划分包括GaN晶体衬底和在其前表面上形成的至少一个半导体层的晶片，可以获得每个半导体器件芯片。由此，为了制造半导体器件，也必需识别晶体取向。
为了区分这种GaN晶体衬底的前和后表面，通常需要形成至少两个取向平面。为了识别GaN晶体衬底的晶体取向，平行于衬底中(例如，取向<1-100>)的特定取向形成至少一个取向平面(例如，参见日本专利特许公开号2002-356398)。
但是，当在其上由具有这种取向平面的GaN晶体衬底生长晶体的表面上外延地生长半导体层时，半导体层的形态被损害，例如，在衬底的中心和接近该取向平面的部分之间，生长半导体层的厚度变化。尽管没有这种取向平面的GaN晶体衬底不涉及损害生长半导体层的形态的这种问题，但是前和后表面不能互相区分和/或不能识别晶体取向。
由此，希望研制一种GaN晶体衬底，其中可互相区分前和后表面和/或其中可以识别晶体取向，而不损害GaN晶体衬底上生长的半导体层的形态。
发明内容
本发明的目的是提供一种GaN晶体衬底，其中在不损害GaN晶体衬底上生长的半导体层的形态(morphology)的条件下，可互相区分前和后表面。
本发明的另一目的是提供一种GaN晶体衬底，其中在不损害GaN晶体衬底上生长的半导体层的形态的条件下，可以识别晶体取向。
本发明涉及一种GaN晶体衬底，具有：晶体生长表面；和与该晶体生长表面相对的后表面。晶体生长表面具有至多10nm的粗糙度Ra(C)，以及后表面具有至少0.5μm和至多10μm的粗糙度Ra(R)。表面粗糙度Ra(R)与表而粗糙度Ra(C)的比率Ra(R)/Ra(C)至少是50。
根据本发明的GaN晶体衬底还包括在所述后表面形成的激光标记。该激光标记可以形成为指示任意规定的晶体取向。
本发明涉及一种GaN晶体衬底，包括：矩阵晶体区；以及不同取向的晶体区，其包括其至少一个晶轴不同于矩阵晶体区的晶体的晶体。该不同取向的晶体区形成为具有表示任意规定的晶体取向的形状。
在根据本发明的GaN晶体衬底中，不同取向的晶体区在厚度方向贯穿衬底。该衬底具有其上生长晶体的晶体生长表面，和与该晶体生长表面相对的后表面。在衬底的晶体生长表面和后表面上分别出现的不同取向的晶体区相对于衬底的外部形状可以互相不同。这里，不同取向的晶体区可以是c-轴反向的晶体区，该c-轴反向的晶体区由a-轴取向与矩阵晶体区的晶体相同和c-轴取向与矩阵晶体区的晶体反向的晶体形成。该不同取向的晶体区可以是多晶区，包括a-轴取向不同于矩阵晶体区的晶体和c-轴取向与矩阵晶体区的晶体相同的多个晶体。
根据本发明，可以在不损害GaN晶体衬底上生长的半导体层的形态的条件下，提供其中可相互区分前和后表面的GaN晶体衬底。此外，根据本发明，可以提供其中可以识别晶体取向的GaN晶体衬底。
当结合附图时，由本发明的以下详细描述，本发明的上述及其他目的、特点、方面和优点将变得更明白。
附图说明
图1A示出了根据本发明的GaN晶体衬底的一个实施例的示意性顶视图。
图1B是对应于图1A的示意性侧视图。
图1C是对应于图1A的示意性底视图。
图2A示出了根据本发明的GaN晶体衬底的另一实施例的示意性顶视图。
图2B是沿图2A和2C中的IIB的示意性剖面图。
图2C是对应于图2A的示意性底视图。
图3A示出了根据本发明的GaN晶体衬底的再一实施例的示意性顶视图。
图3B是沿图3A和3C中的IIIB的示意性剖面图。
图3C是对应于图3A的示意性底视图。
图4A示出了根据本发明的GaN晶体衬底的再一实施例的示意性顶视图。
图4B是沿图4A和4C中的IVB的示意性剖面图。
图4C是对应于图4A的示意性底视图。
图5A示出了根据本发明的GaN晶体衬底的又一实施例的示意性顶视图。
图5B是沿图5A和5C中的VB的示意性剖面图，
图5C是对应于图5A的示意性底视图，
图6A示出了根据本发明的GaN晶体衬底的再一实施例的示意性顶视图。
图6B是沿图6A和6C中的VIB的示意性剖面图。
图6C是对应于图6A的示意性底视图。
图7A示出了根据本发明的GaN晶体衬底的再一实施例的示意性顶视图。
图7B是沿图7A和7D中的VIIB的示意性剖面图，
图7C是沿图7A和7D中的VIIC的示意性剖面图。
图7D是对应于图7A的示意性底视图。
图8A示出了根据本发明的GaN晶体衬底的再一实施例的示意性顶视图。
图8B是沿图8A和8D中的VIIIB的示意性剖面图。
图8C是沿图8A和8D中的VIIIC的示意性剖面图。
图8D是对应于图8A的示意性底视图。
图9A是示意性放大剖面图，在该图中不同取向的晶体区是c-轴反向晶体区。
图9B是示意性放大剖面图，在该图中不同取向的晶体区是多晶区。
图10示出了GaN晶体衬底的制造方法的一个实施例的示意性剖面图，包括作为其一部分的c-轴反向晶体区，作为不同取向的晶体区。
图11示出了GaN晶体衬底的制造方法的一个实施例的示意性剖面图，包括作为其一部分的多晶区，作为不同取向的晶体区。
具体实施方式
第一实施例
参考图1A-1C，在根据本发明的GaN晶体衬底的实施例中，晶体生长表面10c的粗糙度Ra(C)至多是10nm，而与晶体生长表面10c相对的后表面10r的粗糙度Ra(R)至少是0.5μm和至多是10μm，以及表面粗糙度Ra(R)与表面粗糙度Ra(C)的比率Ra(R)/Ra(C)至少是50。利用本实施例的GaN晶体衬底10，可在视觉上容易区分衬底的前和后表面，而其上生长的半导体层的形态不被损坏。
注意到表面粗糙度Ra(C)(指晶体生长表面10c的粗糙度Ra(C)和后表面10r的粗糙度Ra(R))是通过在其平均表面的方向中采样来自粗糙度曲线的参考区，累加从采样部分的平均表面到测量曲线偏离的绝对值，并计算该参考区的平均值获得的值。对于具有小表面粗糙度的表面，表面粗糙度Ra可以使用采用光学干涉测量法的测量设备来测量，以及对于具有大表面粗糙度的表面，可以使用3D-SEM(三维扫描电子显微镜)来测量。
如果晶体生长表面10c的粗糙度Ra(C)(下面也称为表面粗糙度Ra(C))大于10nm，那么其上生长的半导体层的形态被损害。此外，后表面10r的粗糙度Ra(R)(下面也称为表面粗糙度Ra(R))之间的差值变小。因此，在视觉上不能容易地区分衬底的前和后表面。注意到，在当前的抛光技术中，表面粗糙度Ra(C)可以被减小到约0.1nm。
如果后表面10r的粗糙度Ra(R)小于0.5μm，那么晶体生长表面10c的粗糙度Ra(R)之间的差值变小。因此，在视觉上不能容易地区分衬底的前和后表面。如果后表面10r的粗糙度Ra(R)大于10μm，那么当在GaN晶体衬底的晶体生长表面10c上生长半导体层时，GaN晶体衬底的后表面和基座(其上放置并加热GaN晶体衬底的工作台，下面相同)之间接触变得不均匀。这导致从基座至GaN晶体衬底的热交换不均匀分布，以及生长的半导体层的形态被损坏。
如果后表面10r的表面粗糙度Ra(R)与晶体生长表面10c的表面粗糙度Ra(C)的比率Ra(R)/Ra(C)小于50，那么Ra(R)和Ra(C)之间的差值变小。因此，在视觉上不能容易地区分衬底的前和后表面。
第二实施例
参考图2A-2C，在根据本发明的GaN晶体衬底的另一实施例中，类似于第一实施例的GaN晶体衬底，晶体生长表面10c的粗糙度Ra(C)至多是10nm，而与晶体生长表面10c相对的后表面10r的粗糙度Ra(R)至少是0.5μm和至多10μm，以及表面粗糙度Ra(R)与表面粗糙度Ra(C)的比率Ra(R)/Ra(C)至少是50。由此，利用本实施例的GaN晶体衬底，在视觉上可以容易地区分前和后表面。
此外，参考图2A-2C，本实施例的GaN晶体衬底10包括在其后表面10r形成的激光标记12。激光标记12形成为表示任意规定的晶体取向10a。因为在GaN晶体衬底10的后表面10r形成激光标记12时，在晶体生长表面10c上可以生长形态优异的半导体层。因为激光标记12形成为表示GaN晶体衬底的任意规定晶体取向10a，所以GaN晶体衬底10的任意规定晶体取向10a可以被识别。
这里，参考图2A-2C，表示GaN晶体衬底10的任意规定晶体取向10a的激光标记12的形成方法不被具体地限制。例如，通过分别平行于取向<1-100>或取向<11-20>，在GaN晶体衬底10的后表面10r线性地形成激光标记12作为GaN晶体衬底的任意规定晶体取向10a，可以识别晶体取向<1-100>或<11-20>。
当在晶体生长表面10c不形成激光标记12而是在后表面10r形成，且因此其形状不被具体地限制时，优选宽度W至少是30μm以及至多1000μm，深度D至少是5μm和至多30μm，以及长度L至少是5mm和至多20mm。如果宽度W小于30Mm，那么在视觉上不能容易地区分衬底的前和后表面。如果它大于1000μm，那么当在衬底的晶体生长表面上生长外延晶体时，GaN晶体衬底的后表面10r和基座(是用于保持GaN晶体衬底的工作台，其表面与衬底的后表面接触并用来加热衬底，下面相同)之间的接触变差。因此，几乎不能获得优异的外延晶体。如果深度D小于5μm，那么在视觉上不能容易地区分衬底的前和后表面。当它大于30μm时，衬底有断裂倾向。如果长度L小于5mm，那么在对准到规定取向中，可能发生未对准。如果它大于20mm，当在衬底的晶体生长表面10c上生长外延晶体时，衬底的后表面10r和基座之间的接触变差。因此，几乎不能获得优异的外延晶体。
在图2A-2C中，当平行于任意规定晶体取向10a线性地形成激光标记12时，激光标记12可以形成为在任意的晶体取向10a之间形成一定的角度。它也可以形成为点，或标记列和/或数字。
由此，利用本实施例的GaN晶体衬底，可以在视觉上容易地区分前和后表面，以及也可以在视觉上容易地识别晶体取向。
这里，参考图2A-2C，在GaN晶体衬底10的后表面10r形成激光标记12的方法不被具体地限制。当在GaN晶体衬底10的后表面10r形成激光标记12时，该GaN晶体衬底10对于可见光(指具有约400nm-800nm范围内的峰值波长的光)是透明的，可以通过在GaN晶体衬底10的后表面10r上发射具有至多400nm峰值波长的光束或具有至少5000nm峰值波长的光束，以在后表面10r形成沟槽状凹入部分，来进行该形成工序。
第三实施例
参考图3A-3C和4A-4C，根据本发明的GaN晶体衬底的再一实施例包括矩阵晶体区11和不同取向的晶体区13，该不同取向的晶体区13包括至少一个晶轴不同于矩阵晶体区11的晶体的晶体。不同取向的晶体区13形成为具有表示任意规定的晶体取向10a的形状。
由于不同取向的晶体区13包括至少一个晶轴不同于矩阵晶体区11的晶体的晶体，因此由于光吸收量的差异，在发光/黑暗上，不同取向的晶体区13和矩阵晶体区11相互不同。这能够使不同取向的晶体区13和矩阵晶体区11在视觉上相互分开。此外，由于不同取向的晶体区13形成有表示GaN晶体衬底10的任意规定晶体取向10a的形状，因此GaN晶体衬底10的任意规定晶体取向10a可以被识别。
这里，参考图3A-3C和4A-4C，形成不同取向的晶体区13以具有表示GaN晶体衬底10的任意规定晶体取向10a的形状的方法不被具体地限制。当GaN晶体衬底10的任意规定晶体取向10a是方向<1-100>或<11-20>时，例如，通过在GaN晶体衬底10的晶体生长表面10c和后表面10r上形成不同取向的晶体区13，以具有平行于取向<1-100>或<11-20>的线性形状或虚线形状，晶体取向<1-100>或<11-20>可以被识别。
在图3A-3C中，尽管不同取向的晶体区13形成有平行于任意规定晶体取向10a的线性形状，但是可以将不同取向的晶体区13形成为在任意规定的晶体取向10a之间形成一定的角度。它也可以形成为点或标记的列。
在本实施例中，如图3A-3C和4A-4C所示，不同取向的晶体区13在厚度方向上贯穿GaN晶体衬底10。这里，如图3A-3C所示，分别出现在晶体生长表面10c和后表面10r上的不同取向晶体区13的第一和第二图形P1和P2相对于衬底的外部形状可以彼此相同。另外，如图4A-4C所示，分别出现在晶体生长表面10c和后表面10r上的不同取向晶体区13的第一和第二图形P1和P2相对于衬底的外部形状可以彼此不同。
这里，具体地，图3A-3C所示的不同取向晶体区13的图形例子如下。第一和第二图形P1和P2相对于在厚度方向上平等地划分衬底的平面10h镜面对称。此外，第一和第二图形P1和P2分别包括在从衬底的晶体生长表面和后表面的中心(未示出)位移的位置处出现的不同取向晶体区13。这里，不同取向的晶体区13的纵向中的中心线13k是直线并平行于任意规定的晶体取向10a。
图4A-4C所示的不同取向晶体区13的图形例子如下。第一和第二图形P1和P2相对于在厚度方向上平等地划分衬底的平面10h镜面对称。此外，第一和第二图形P1和P2每个包括分别从衬底的晶体生长表面和后表面的中心(未示出)位移的位置处出现的两个不同取向晶体区13。这里，每个不同取向晶体区13的纵向中的长度L1和L3彼此不同。每个不同取向的晶体区13的纵向中的中心线13k是直线并平行于任意规定的晶体取向10a。
这里，参考图3A-3C和4A-4C，尽管不同取向的晶体区13的宽度W和长度L未被具体地限制，但是优选宽度W至少是10μm和至多1000μm，而长度L至少是5mm和至多20mm。如果宽度W小于10μm，那么当GaN晶体生长时，不同取向的晶体区13可以消失。如果宽度W大于1000μm，那么矩阵晶体区11变小。如果长度L小于5mm，那么晶体取向可能几乎不被识别，以及当GaN晶体生长时，不同取向的晶体区13可能消失。当长度L大于20mm时，矩阵晶体区11变小。尽管在图3A-3C和4A-4C中，形成具有线性形状或虚线形状的一个不同取向的晶体区13，考虑到不同取向的晶体区13随GaN晶体的生长消失，优选形成多个(例如，多个线或多个虚线的)不同取向的晶体区13。
此外，参考图3A-3C和4A-4C，在本实施例的GaN晶体衬底10中，类似于第一实施例的GaN晶体衬底，优选晶体生长表面10c的粗糙度Ra(C)至多是10nm，而与晶体生长表面10c相对的后表面10r的粗糙度Ra(R)至少是0.5μm和至多10μm，以及表面粗糙度Ra(R)与表面粗糙度Ra(C)的比率Ra(R)/Ra(C)至少是50。通过比率Ra(R)/Ra(C)至少是50，在视觉上容易相互区分衬底的前和后表面。
第四实施例
参考图4A-4C，5A-5C，6A-6C，7A-7D以及8A-8D，根据本发明的GaN晶体衬底的再一实施例包括，类似于第三实施例，矩阵晶体区11和不同取向的晶体区13，该不同取向的晶体区13包括在至少一个晶轴不同于矩阵晶体区11的晶体的晶体。不同取向的晶体区13形成为有表示任意规定晶体取向10a的形状。此外，在本实施例的GaN晶体衬底10中，不同取向的晶体区13在厚度方向上贯穿衬底。在衬底的晶体生长表面10c和后表面10r上分别出现的不同取向晶体区13的第一和第二图形P1和P2相对于衬底的外部形状可以彼此不同。
在本实施例的GaN晶体衬底10中，不同取向的晶体区13形成有表示任意规定晶体取向10a的形状，在衬底的晶体生长表面10c和后表面10r上分别出现的不同取向晶体区13的第一和第二图形P1和P2相对于衬底的外部形状彼此不同。因此，与后表面10r的表面粗糙度Ra(R)与晶体生长表面10c的表面粗糙度Ra(R)的比率Ra(R)/Ra(C)的大小无关，例如，即使当比率Ra(R)/Ra(C)小于50时，衬底的晶体取向也可以被识别，以及其前后表面可被相互区分。
在本实施例的GaN晶体衬底10中，“在衬底的晶体生长表面10c和后表面10r上分别出现的不同取向晶体区13的第一和第二图形P1和P2相对于衬底的外部形状彼此不同”意味着第一和第二图形P1和P2的位置关系相对于衬底的外部形状彼此不同。下面示出一个例子。
参考图4A-4C，本实施例的不同取向晶体区13的图形例子如下。第一和第二图形P1和P2相对于在厚度方向上平等地划分衬底的平面10h镜面对称。此外，第一和第二图形P1和P2每个分别包括从衬底的晶体生长表面和后表面的中心(未示出)位移的位置处出现的两个不同取向晶体区13。这里，每个不同取向晶体区13的纵向中的长度L1和L3彼此不同。每个不同取向晶体区13的纵向中的中心线13k是一条直线并平行于任意规定的晶体取向10a，
参考图5A-5C，本实施例的不同取向晶体区13的图形的另一例子如下。第一和第二图形P1和P2相对于在厚度方向上平等地划分衬底的平面10h镜面对称。此外，当分别从衬底的晶体生长表面和后表面的中心(未示出)位移的位置处出现时，包括不同取向晶体区13的第一和第二图形P1和P2是二维三角形。这里，不同取向晶体区13的纵向中的中心线13k平行于任意规定的晶体取向10a，
参考图6A-6C，本实施例的不同取向晶体区13的图形的再一例子如下。第一和第二图形P1和P2相对于在厚度方向上平等地划分衬底的平面10h镜面对称。此外，当分别从衬底的晶体生长表面和后表面的中心(未示出)位移的位置处出现时，包括不同取向的晶体区13的第一和第二图形P1和P2是二维四边形。这里，为二维四边形的不同取向的晶体区13仅仅具有与衬底的周边接触的其一个端子。不同取向的晶体区13的纵向中的中心线13k平行于任意规定的晶体取向10a，
参考图7A-7D，本实施例的不同取向晶体区13的图形的再一例子如下。第一和第二图形P1和P2相对于在厚度方向上平等地划分衬底的平面10h镜面对称。此外，当分别从衬底的晶体生长表面和后表面的中心(未示出)位移的位置处出现时，包括两个不同取向的晶体区13的第一和第二图形P1和P2每个是二维多边形。这里，各个不同取向的晶体区13的宽度W1和W2彼此不同。穿过每个不同取向晶体区13的中心的中心线13k平行于任意规定的晶体取向10a，
参考图8A-8D，本实施例的不同取向晶体区13的图形的再一例子如下。第一和第二图形P1和P2相对于在厚度方向上平等地划分衬底的平面10h镜面对称。此外，当分别从衬底的晶体生长表面和后表面的中心(未示出)位移的位置处出现时，包括两个不同取向晶体区13的第一和第二图形P1和P2每个是二维球形。这里，各个不同取向晶体区13的直径W1和W2彼此不同。穿过每个不同取向晶体区13的中心的中心线13k平行于任意规定的晶体取向10a，注意到术语球形包括圆形和椭圆形。注意到椭圆区的直径指椭圆的短轴或主轴。
第五实施例
参考图3A-3C，4A-4C，5A-5C，6A-6C，7A-7D，8A-8D以及9A，在第三或第四实施例的GaN晶体衬底10中，优选不同取向的晶体区13是c-轴反向的晶体区13t，其由a-轴取向与矩阵晶体区11的晶体相同和c-轴方向与矩阵晶体区11的晶体反向的晶体形成。
这里，“a-轴方向相同”意味着在c-轴反向晶体区13t中包括的至少一个晶体的a-轴和在矩阵晶体区11中包括的晶体的a-轴具有基本上相同取向的方向矢量，各个a-轴之间的位移角小于30°。这里，“轴之间的位移角”指两个晶体的某些晶轴(诸如a-轴、c-轴等等)之间形成的立体角，可以通过XRD(X射线衍射)和EBSP(电子后向散射图形)测量。
“c-轴方向反向”意味着在c-轴反向晶体区13t中包括的至少一个晶体的c-轴具有与在矩阵晶体区11中包括的晶体的c-轴方向矢量基本上相反的方向矢量。这里，“具有基本上相反的方向矢量”意味着在c-轴反向晶体区13t中包括的至少一个晶体的c-轴和在矩阵晶体区11中包括的晶体的c-轴之间的位移角小于30°以及它们的方向矢量彼此相反。
GaN晶体衬底10的矩阵晶体区11和c-轴反向晶体区13t可以使用荧光显微镜来观察。每个晶体区中的晶轴可以由XRD决定。除利用荧光显微镜之外，通过会聚束电子衍射的极性差异，主表面(意味着晶体生长表面10c和后表面10r，下面相同)的处理速率(意味着抛光速率和刻蚀速率，下面相同)的差异，可以容易地互相区分c-轴反向晶体区13t和矩阵晶体区11。
当不同取向的晶体区13是c-轴反向晶体区13t时，参考图9A，在GaN晶体衬底10的晶体生长表面10c上出现矩阵晶体区11的Ga原子表面11g和c-轴反向晶体区13t的N原子表面13n，以及在GaN晶体衬底10的后表面10r上出现矩阵晶体区11的N原子表面11n和c-轴反向晶体区13t的Ga原子表面13g。
这里，由于在GaN晶体中N原子表面的处理速率大于Ga原子表面的，当通过抛光或刻蚀处理GaN晶体衬底10的主表面(晶体生长表面10c和后表面10r)时，如图9A所示，在晶体生长表面10c上，c-轴反向晶体区13t的N原子表面13n相对于矩阵晶体区11的Ga原子表面11g形成凹入部分。在后表面10r侧面上，c-轴反向晶体区13t的Ga原子表面13g相对于矩阵晶体区11的N原子表面11n形成凸起部分。
如上，在已通过抛光等等处理的GaN晶体衬底10的主表面上，在c-轴反向晶体区13t和矩阵晶体区11之间的边界部分产生水平差，这能够容易目视识别c-轴反向晶体区13t的位置和形状。该水平差约为0.1μm-2μm，尽管它可能取决于主表面的处理条件而变化。
参考图10，尽管作为不同取向晶体区的其部分c-轴反向晶体区13t中包括的GaN晶体衬底10的制造方法被具体地限制，但是该制造方法可以例如如下执行。首先，在研磨衬底1上，形成被构图为具有规定形状(例如，具有宽度W和长度L的线)的掩模层2。这里，研磨衬底1未被具体地限制，只要它能够外延地生长GaN晶体。优选使用蓝宝石衬底、GaAs衬底、SiC衬底等等。掩模层2未被具体地限制，只要它能够抑制GaN晶体的生长。例如，优选使用诸如非晶SiO2层、非晶Si3N4层的绝缘层；诸如Ti层、Ni层、W层的金属层等等。这种掩模层2通过溅射、CVD(化学气相淀积)等等形成。掩模层2的构图通过光刻等等进行。
接下来，在形成构图为规定形状的掩模层2(具有宽度W和长度L的线)的研磨衬底1上生长GaN晶体5。在研磨衬底1上形成矩阵晶体区11，以及在掩模层2上形成构图为规定形状(具有宽度W和长度L的线)的c-轴反向晶体区13t。这里，生长GaN晶体的方法未被具体地限制，只要它能够外延生长，但是优选使用HVPE(氢化物汽相处延)、MOCVD(金属有机汽相外延)等等。这里，按照GaN晶体的快速生长速率，优选使用HVPE。
接下来，平行于研磨衬底1的主表面，在表面10u和10d切割如上获得的GaN晶体5。该主表面通过抛光和/或刻蚀处理，以获得GaN晶体衬底10。
第六实施例
参考图3A-3C，4A-4C，5A-5C，6A-6C，7A-7D，8A-8D以及9B，在第三或第四实施例的GaN晶体衬底10中，优选不同取向的晶体区13是多晶区13m，该多晶区13m包括a-轴方向不同于矩阵晶体区11和c-轴方向与矩阵晶体区的晶体相同的多个晶体。
这里，“a-轴方向不同”意味着多晶区13m中包括的多个晶体的a-轴和矩阵晶体区11中包括的晶体的a-轴具有基本上不同取向的方向矢量，各个a-轴之间的位移角至多是60°。这里，相对于矩阵晶体区11中包括的晶体的a-轴方向，多晶区13m中包括的多个晶体的a-轴方向被随机分布在至多60°的位移角范围内。
这里，“多晶区13m中的晶体在c-轴方向与矩阵晶体区11的晶体相同”意味着多晶区13m中包括的多个晶体的c-轴与矩阵晶体区11中包括的晶体的c-轴具有基本上相同取向的方向矢量，各个c-轴之间的位移角小于30°。
GaN晶体衬底10的矩阵晶体区11和多晶区13m可以使用荧光显微镜来观察。每个晶体区中的晶轴可以由XRD(X射线衍射)决定。除使用荧光显微镜、XRD之外，通过主表面的处理速率差异等等，可以容易地区分多晶区13m和矩阵晶体区11。
当不同取向的晶体区13是多晶区13m时，参考图9B，由于多晶区13m的主表面的处理速率(抛光速率和刻蚀速率)大于单晶矩阵晶体区11，当通过抛光等等处理GaN晶体衬底10的主表面时，如图9B所示，在晶体生长表面10c侧面上，多晶区13m的Ga原子表面13g相对于矩阵晶体区11的Ga原子表面11g形成凹入部分。在后表面10r侧面上多晶区13m的N原子表面13n相对于矩阵晶体区11的N原子表面11n也形成凹入部分。
如上，在通过抛光、刻蚀等等处理过的GaN晶体衬底10的主表面上，在多晶区13m和矩阵晶体区11之间的边界部分处产生水平差，该水平差使得能够容易地目视识别多晶区13m的位置和形状。该水平差约为0.1μm-2μm，尽管它可能取决于主表面的处理条件而变化。
参考图11，尽管作为不同取向的晶体区的其部分多晶区13m中包括的GaN晶体衬底10的制造方法被具体地限制，但是，该制造方法可以例如如下进行。首先，在研磨衬底1上，形成被构图有规定形状(例如，具有宽度W和长度L的线)的掩模层2。这里，研磨衬底1未被具体地限制，只要它能够外延地生长GaN晶体。优选使用蓝宝石衬底、GaAs衬底、SiC衬底等等。掩模层2不被具体地限制，只要它能够抑制GaN晶体的生长，以及只要掩模层2具有在掩模层2上形成核心晶体3，以致核心晶体3的a-轴取向不同于矩阵晶体区的晶体的a-轴取向的性能。优选使用非晶SiO2层、非晶Si3N4层等等。这种掩模层2通过溅射、CVD(化学气相淀积)等等形成。掩模层2的构图通过光刻等等进行。
接下来，在形成构图为规定形状的掩模层2(具有宽度W和长度L的线)的研磨衬底1上，生长GaN晶体5。这里，设置GaN气体达到过饱和的GaN晶体的生长条件(例如，当通过HVPE生长GaN晶体时，从GaN晶体生长开始，Ga材料气体的分压大于2.5kPa，以及N材料气体的分压大于30kPa至少三分钟时的条件)，在掩模层2上形成GaN的多个核心晶体3。由每个核心晶体3，生长具有与矩阵晶体中的晶体的a-轴取向不同的a-轴取向的晶体，以形成多晶区13m。
接下来，平行于研磨衬底1的主表面，在表面10u和10d，切割如上获得的GaN晶体5。通过抛光和/或刻蚀处理晶体生长表面和/或后表面，以获得GaN晶体衬底10。
对于具有小表面粗糙度的表面，通过使用采用光学干涉量度法的测量设备进行本发明中的表面粗糙度测量，对于具有大表面粗糙度的表面通过使用3D-SEM进行本发明中的表面粗糙度测量，两者都在100μm×100μm正方形作为参考区的范围内。
例1
通过HVPE，在GaCl气体，即Ga材料气体的分压是2.5kPa，以及NH3气体，即N材料气体的分压是15kPa的条件下，在蓝宝石衬底上生长具有50.8mm直径和3mm厚度的GaN晶体，该蓝宝石衬底为具有50.8mm直径和350μm厚度的研磨衬底。平行于研磨衬底的主表面，切割该GaN晶体，以制造具有50mm直径和400μm厚度的GaN晶体衬底10，如图1A-1C所示。
获得的GaN晶体衬底10的后表面10r和晶体生长表面10c被如下所述处理。使用利用键合，通过固定具有40μm晶粒尺寸的SiC磨粒制成的固定磨粒，该后表面经受研磨(研磨步骤)。晶体生长表面经受研磨，使用利用键合，通过固定具有40μm晶粒尺寸的SiC磨粒制成的固定磨粒(研磨步骤)，经受使用6μm晶粒尺寸的SiC磨粒的抛光(粗糙的抛光步骤)，随后经受使用具有2μm晶粒尺寸的SiC磨粒的抛光(精细的抛光步骤)。
因此，获得一GaN晶体衬底，其中晶体生长表面的粗糙度Ra(C)是7nm、后表面的粗糙度Ra(R)是3μm以及Ra(R)/Ra(C)约为430。在晶体生长表面和后表面之间GaN晶体衬底的光泽是不同的，在视觉上可容易地区分前和后表面。
例2
参考图2A-2C，在例1中获得的GaN晶体衬底10的后表面10r上，使用CO2激光形成激光标记12，该激光标记12是具有100μm的宽度W、25μm的深度D和10mm的长度L的线性沟槽，平行于取向<11-20>，作为任意规定的晶体取向10a。利用本例子的GaN晶体衬底，可在视觉上容易地区分前和后表面，以及通过激光标记12也可以在视觉上容易地识别GaN晶体衬底10的晶体取向。
例3
参考图3A-3C和10，在蓝宝石衬底上，该蓝宝石衬底是具有50.8mm直径和350μm厚度的研磨衬底1，通过溅射和光刻，形成具有100μm宽度W和10mm长度L的四边形非晶SiO2层作为掩模层2，该掩模层2被构图为与图3A相同的形状。接下来，在其上形成构图为上述形状的非晶SiO2层(掩模层2)的蓝宝石衬底(研磨衬底1)上，通过HVPE，在GaCl气体，即Ga材料气体的分压是2.5kPa和NH3气体，即N材料气体的分压是15kPa的条件下，生长具有50.8mm直径和3mm厚度的GaN晶体5。
在GaN晶体5中，在蓝宝石衬底(研磨衬底1)上生长矩阵晶体区11。在非晶SiO2层(掩模层2)上，生长c-轴反向的晶体区13t，作为不同取向的结晶区13，其在晶体表面上出现具有95μm宽度W和10mm长度L的四边形形状，如图3A-3C和10所示。
与例1一样，平行于研磨衬底1的主表面，切割获得的GaN晶体5，以制造具有50mm直径和400μm厚度的GaN晶体衬底10。在获得的GaN晶体衬底10中，不同取向的晶体区13在厚度方向上贯穿GaN晶体衬底10，以及在晶体生长表面10c和后表面10r上分别出现的不同取向晶体区13的第一和第二图形P1和P2相对于GaN晶体衬底10的外部形状互相相同。
这里，由于不同取向的晶体区13(在本例子中，c-轴反向晶体区13t)的晶体生长速率通常小于矩阵晶体区11，当GaN晶体的生长厚度增加时，在晶体表面上出现的不同取向晶体区13的宽度W往往逐渐地降低。但是，利用具有约400μm厚度的GaN晶体衬底10，在晶体生长表面10c上出现的不同取向晶体区13的宽度和在后表面10r上出现的不同取向晶体区13的宽度基本上相同。这些适用于其他例子。
获得的GaN晶体衬底的后表面和晶体生长表面经受与例1类似的处理。因此，获得一GaN晶体衬底，其中晶体生长表面的粗糙度Ra(C)是7nm、后表面的粗糙度Ra(R)是3μm，以及Ra(R)/Ra(C)约为430。在晶体生长表面10c和后表面10r之间，GaN晶体衬底的光泽是不同的，在视觉上可容易地区分前和后表面。
利用本例子的GaN晶体衬底，在视觉上可互相区分前和后表面，以及通过不同取向晶体区13(c-轴反向晶体区13t)的形状，可以识别GaN晶体衬底10的晶体取向。
例4
参考图4A-4C和10，在蓝宝石衬底上，该蓝宝石衬底是具有50.8mm直径和350μm厚度的研磨衬底1，通过溅射和光刻，形成分别具有100μm宽度和4mm长度L1以及具有100μm宽度W和9mm长度L3的四边形非晶SiO2层，作为构图为与图4A相同的形状的掩模层2。这里，两个非晶SiO2层形成为在它们的纵向上通过2mm的长度L2分开。接下来，在蓝宝石衬底(研磨衬底1)上，在该在蓝宝石衬底上形成构图为上述形状的非晶SiO2层(掩模层2)，通过HVPE，在GaCl气体，即Ga材料气体的分压是2.5kPa，以及NH3气体，即N材料气体的分压是15kPa的条件下，生长具有50.8mm直径和3mm厚度的GaN晶体5。
在GaN晶体5中，在蓝宝石衬底(研磨衬底1)上生长矩阵晶体区11。在非晶SiO2层(掩模层2)上，生长c-轴反向的晶体区13t作为不同取向的结晶区13，其在晶体表面上出现分别具有95μm的宽度W和4mm的长度L1以及具有95μm的宽度W和9mm的长度L3的四边形形状，如图4A-4C和10所示。这里，两个不同取向晶体区13(c-轴反向的晶体区13t)在它们的纵向上通过2mm的长度L2分开。
与例1一样，平行于研磨衬底1的主表面切割获得的GaN晶体5，以制造具有50mm直径和400μm厚度的GaN晶体衬底10。在获得的GaN晶体衬底10中，不同取向的晶体区13(c-轴反向的晶体区13t)在GaN晶体衬底10的厚度方向上贯穿，以及在晶体生长表面10c和后表面10r上出现的不同取向晶体区13的第一和第二图形P1和P2相对于衬底的外部形状互相不同。
获得的GaN晶体衬底的后表面10r和晶体生长表面10c经受与例1类似的处理。因此，获得一GaN晶体衬底，其中晶体生长表面的粗糙度Ra(C)是1.5nm、后表面的粗糙度Ra(R)是3μm，以及Ra(R)/Ra(C)约为2000。在晶体生长表面和后表面之间GaN晶体衬底的光泽是不同的，在视觉上可容易地区分前和后表面。
利用本例子的GaN晶体衬底，在视觉上可互相区分前和后表面，以及通过不同取向晶体区13的形状(c-轴反向晶体区13t)，可以识别GaN晶体衬底10的晶体取向。在本例子中，在晶体生长表面10c和后表面10r上分别出现的不同取向晶体区13的第一和第二图形P1和P2相对于GaN晶体衬底10的外部形状互相不同。因此，即使当通过表面粗糙度Ra(晶体生长表面10c的表面粗糙度Ra(C)和后表面10r的粗糙度Ra(R))，在视觉上不能区分前和后表面时，衬底的前和后表面也可被互相区分，以及晶体取向可以被识别。
例5
类似于例3，生长具有50.8mm直径和3mm厚度的GaN晶体5，除了在蓝宝石衬底上形成的掩模层是Ni层，以及通过HVPE生长GaN晶体的条件是GaCl气体，即Ga材料气体的分压是2.5kPa，以及NH3气体，即N材料气体的分压是25kPa之外。
在GaN晶体5中，在蓝宝石衬底(研磨衬底1)上生长矩阵晶体区11。在非晶SiO2层(掩模层2)上，生长多晶区13m作为不同取向的晶体区13，在晶体表面上出现具有95μm的宽度W和11mm的长度L的四边形形状，如图3A-3C和11所示。
类似于例3，从获得的GaN晶体5，制备具有50mm直径和400μm厚度的GaN晶体衬底10。这里，在获得的GaN晶体衬底10中，不同取向的晶体区13(多晶区13m)在GaN晶体衬底10的厚度方向上贯穿，以及在晶体生长表面10c和后表面10r上分别出现的不同取向晶体区13的第一和第二图形P1和P2相对于衬底的外部形状彼此相同。
这里，由于不同取向晶体区13(在本例子中，多晶区13m)的晶体生长速率通常小于矩阵晶体区11，当GaN晶体的生长厚度增加时，在晶体表面上出现的不同取向晶体区13的宽度W往往逐渐地降低。但是，利用具有约400μm厚度的GaN晶体衬底10，在晶体生长表面10c上出现的不同取向晶体区13的宽度和在后表面10r上出现的不同取向晶体区13的宽度基本上相同。这些对于其他例子适用。
利用本例子的GaN晶体衬底，在视觉上可区分前和后表面，以及通过不同取向晶体区13的形状(多晶区13m)，可以识别GaN晶体衬底10的晶体取向。
例6
类似于例4，生长具有50.8mm直径和4mm厚度的GaN晶体5，除了通过HVPE，生长GaN晶体的条件是GaCl气体，即Ga材料气体的分压是2.5kPa，以及NH3气体，即N材料气体的分压是25kPa之外。
在GaN晶体5中，在蓝宝石衬底(研磨衬底1)上形成矩阵晶体区11。在非晶SiO2层(掩模层2)上，生长多晶区13m作为不同取向的结晶区13，其在晶体表面上出现分别具有95μm的宽度W和4mm的长度L1以及具有95μm的宽度W和9mm的长度L3的四边形形状，如图4A-4C和11所示。这里，两个不同取向的晶体区13(多晶区13m)在它们的纵向上通过2mm的长度L2分开。
类似第四实施例，从获得的GaN晶体5，制造具有50mm直径和400μm厚度的GaN晶体衬底10。这里，在获得的GaN晶体衬底10中，不同取向的晶体区13(多晶区13m)在GaN晶体衬底10的厚度方向上贯穿，以及在晶体生长表面10c和后表面表面10r上分别出现的不同取向晶体区13的第一和第二图形P1和P2相对于衬底的外部形状互相不同。
利用本例子的GaN晶体衬底，可在视觉上区分前和后表面，以及通过不同取向晶体区13的形状(多晶区13m)，可以视觉上识别GaN晶体衬底10的晶体取向。在本例子中，在晶体生长表面10c和后表面10r上分别出现的不同取向晶体区13的第一和第二图形P1和P2相对于GaN晶体衬底10的外部形状互相不同。因此，即使当通过表面粗糙度Ra(晶体生长表面10c的粗糙度Ra(C)和后表面10r的粗糙度Ra(R))在视觉上不可区分前和后表面时，衬底的前和后表面也变得可互相区分，以及晶体取向可以被识别。
利用其中通过表面粗糙度Ra(晶体生长表面10c的粗糙度Ra(C)和后表面10r的粗糙度Ra(R))在视觉上不可互相区分的前和后表面的GaN晶体衬底10，如果不同取向的晶体区13在GaN晶体衬底10的厚度方向上贯穿，以及在晶体生长表面10c和后表面10r上分别出现的不同取向晶体区13的第一和第二图形P1和P2相对于衬底的外部形状互相不同，那么衬底的前和后表面变得可互相区分，以及晶体取向可以被识别。这些将基于下列例子描述。
当后表面是氮表面时，除上述研磨之外，利用氮表面比镓表面容易刻蚀的特点，在该表面上可以形成不平坦。这里，已经证实通过使用NaOH、KOH等等作为蚀刻剂，可以获得类似于上述的效果。
例7
参考图3A-3C，10和11，在平行于研磨衬底1的主表面的表面10u和10d，由类似于例3或例5生长的GaN晶体5切割的GaN晶体衬底10中，不同取向的晶体区13在衬底的厚度方向上贯穿，以及在晶体生长表面10c和后表面10r上分别出现的不同取向晶体区13的第一和第二图形P1和P2相对于衬底的外部形状彼此相同。通过使用利用键合，固定具有40μm的晶粒尺寸制成的固定磨粒的研磨，处理GaN晶体衬底10的晶体生长表面10c和后表面10r(研磨步骤)，使用具有5μm晶粒尺寸的SiC磨粒抛光(粗糙的抛光步骤)，以及使用具有1μm晶粒尺寸的Al2O3磨粒抛光(精细抛光步骤)。
在通过处理晶体生长表面10c和后表面10r获得的GaN晶体衬底10中，晶体生长表面10c的粗糙度Ra(C)是1.5nm，以及后表面10r的粗糙度Ra(R)是1.5nm。因此，通过表面粗糙度Ra不可区分前和后表面。附加地，在获得的GaN晶体衬底10中，由于在晶体生长表面10c和后表面表面10r上分别出现的不同取向晶体区13的第一和第二图形P1和P2相对于衬底的晶体取向互相相同，通过该不同取向晶体区13的形状可以识别衬底的晶体取向，但是不可互相区分衬底的前和后表面。
例8
参考图4A-4C，10和11，在平行于研磨衬底1的主表面的表面10u和10d，从类似于例4或例6生长的GaN晶体6切割的GaN晶体衬底10中，不同取向的晶体区13在衬底的厚度方向上贯穿，以及在衬底的晶体生长表面10c和后表面10r上分别出现的不同取向晶体区13的第一和第二图形P1和P2相对于衬底的外部形状彼此不同。GaN晶体衬底10的晶体生长表面10c和后表面10r被类似于例7处理。
处理之后，GaN晶体衬底10的晶体生长表面10c的粗糙度Ra(C)是1.5nm，以及后表面10r的粗糙度Ra(R)是1.5nm。因此，通过表面粗糙度Ra不可区分前和后表面。但是，利用GaN晶体衬底10，可以通过不同取向晶体区13的形状识别晶体取向，并且由于在晶体生长表面10c和后表面表面10r上分别出现的不同取向晶体区13的第一和第二图前后表面P1和P2相对于衬底的外部形状彼此不同，衬底的前和后表面可被互相区分。
例9
参考图5A-5C和10，在蓝宝石衬底上，该蓝宝石衬底是具有50.8mm直径和350μm厚度的研磨衬底1，通过溅射和光刻，形成具有40μm的基本宽度W和10mm长度L的等腰三角形形状的非晶SiO2层作为掩模层2，该掩模层2被构图为与图5A相同的形状。这里，形成非晶SiO2层，以便等腰三角形的纵向上的中心线13k平行于生长GaN晶体的取向<11-20>，作为任意规定的晶体取向10a。接下来，在蓝宝石衬底(研磨衬底1)上，其上形成构图为上述形状的非晶SiO2层(掩模层2)，通过HVPE，在GaCl气体，即Ga材料气体的分压是2.5kPa，以及NH3气体，即N材料气体的分压是15kPa的条件下，生长具有50.8mm直径和3mm厚度的GaN晶体5。
在GaN晶体5中，在蓝宝石衬底(研磨衬底1)上生长矩阵晶体区11。在非晶SiO2层(掩模层2)上，生长c-轴反向的晶体区13t作为不同取向的结晶区13，其在晶体表面上出现具有35μm的基本宽度W和10mm的高度L的等腰三角形，如图5A-5C和10所示。不同取向的晶体区13(c-轴反向的晶体区13t)的纵向中的中心线13k平行于取向<11-20>。
与例1一样，平行于研磨衬底1的主表面切割获得的GaN晶体5，以制造具有50mm直径和400μm厚度的GaN晶体衬底10。在获得的GaN晶体衬底10中，不同取向的晶体区13(多晶区13m)在GaN晶体衬底10的厚度方向上贯穿，以及在晶体生长表面10c和后表面表面10r上分别出现的不同取向晶体区13的第一和第二图形P1和P2相对于衬底的外部形状互相不同。
这里，由于不同取向晶体区13(在本例子中，c-轴反向晶体区13t)的晶体生长速率通常小于矩阵晶体区11的晶体生长速率，当GaN晶体的生长厚度增加时，在晶体表面上出现的不同取向晶体区13的宽度W往往逐渐地降低。但是，利用具有约400μm厚度的GaN晶体衬底10，在晶体生长表面10c上出现的不同取向晶体区13的宽度和在后表面10r上出现的不同取向晶体区13的宽度基本上相同。这些对于其他例子适用。
获得的GaN晶体衬底的后表面和晶体生长表面经受与例7类似的处理。在通过这种处理获得的GaN晶体衬底10中，GaN晶体衬底10的晶体生长表面10c的粗糙度Ra(C)是1.7nm，以及后表面10r的粗糙度Ra(R)是1.8nm。因此，通过表面粗糙度Ra不可区分前和后表面。但是，利用GaN晶体衬底10，可以通过不同取向的晶体区13的形状识别晶体取向，以及由于在晶体生长表面10c和后表面10r上分别出现的不同取向晶体区13的第一和第二图前后表面P1和P2相对于衬底的外部形状互相不同，衬底的前和后表面可被互相区分。
例10
参考图6A-6C和10，在蓝宝石衬底上，该蓝宝石衬底是具有50.8mm直径和350μm厚度的研磨衬底1，通过溅射和光刻，形成具有30μm的宽度W和5mm的长度L的四边形非晶SiO2层作为掩模层2，该掩模层2构图为与图6A相同的形状。这里，形成非晶SiO2层，以便四边形的纵向中的中心线13k平行于生长的GaN晶体的取向<1-100>，作为任意规定的晶体取向10a。接下来，在蓝宝石衬底(研磨衬底1)上，其上形成构图为上述形状的非晶SiO2层(掩模层2)，与例9一样，生长具有50.8mm直径和3mm厚度的GaN晶体5。
在GaN晶体5中，在蓝宝石衬底(研磨衬底1)上生长矩阵晶体区11。在非晶SiO2层(掩模层2)上，生长c-轴反向的晶体区13t作为不同取向的结晶区13，其在晶体表面上出现具有25um的宽度W和5mm的长度L的四边形形状，如图6A-6C和10所示。不同取向的晶体区13(c-轴反向的晶体区13t)的纵向中的中心线13k平行于取向<1-100>。
与例1一样，平行于研磨衬底1的主表面切割获得的GaN晶体5，以制造具有50mm直径和400μm厚度的GaN晶体衬底10。在获得的GaN晶体衬底10中，不同取向的晶体区13在GaN晶体衬底10的厚度方向上贯穿，以及在晶体生长表面10c和后表面表面10r上分别出现的不同取向晶体区13的第一和第二图形P1和P2相对于衬底的外部形状彼此不同。
获得的GaN晶体衬底的后表面10r和晶体生长表面10c经受与例7类似的处理。在处理的GaN晶体衬底中，晶体生长表面的粗糙度Ra(C)是1.7nm，后表面的粗糙度Ra(R)是1.8nm。因此，通过表面粗糙度Ra不可区分前和后表面。但是，利用GaN晶体衬底10，可以通过不同取向的晶体区13的形状识别晶体取向，并且由于在晶体生长表面10c和后表面10r上分别出现的不同取向晶体区13的第一和第二图前后表面P1和P2相对于衬底的外部形状彼此不同，因此衬底的前和后表面可被互相区分。
例11
参考图7A-7C和10，在蓝宝石衬底上，蓝宝石衬底是具有50.8mm直径和350μm厚度的研磨衬底1，通过溅射和光刻，形成具有20μm宽度W1的正方形非晶SiO2层和具有40μm宽度W2的正方形非晶SiO2层作为掩模层2，该掩模层2被构图为与图7A相同的形状。这里，两个非晶SiO2层的中心之间的距离L是10mm。两个非晶SiO2层形成为穿过两个非晶SiO2层中心的中心线13k平行于生长GaN晶体的取向<1-100>，作为任意规定的晶体取向10a。接下来，在蓝宝石衬底(研磨衬底1)上，其上形成构图为上述形状的非晶SiO2层(掩模层2)，类似于例9，生长具有50.8mm的直径和3mm的厚度的GaN晶体5。
在GaN晶体5中，在蓝宝石衬底(研磨衬底1)上生长矩阵晶体区11。在非晶SiO2层(掩模层2)上，生长c-轴反向的晶体区13t作为不同取向的结晶区13，其在晶体表面上出现分别具有15μm的宽度W1和具有35μm的宽度W2的正方形形状，如图7A-7D和10所示。这里，两个不同取向的晶体区13(c-轴反向晶体区13t)的中心之间的距离L是10mm。穿过两个不同取向晶体区13中心的中心线13k平行于GaN晶体的取向<1-100>。
与例1一样，平行于研磨衬底1的主表面切割获得的GaN晶体5，以制造具有50mm的直径和400μm厚度的GaN晶体衬底10。在获得的GaN晶体衬底10中，不同取向晶体区13在GaN晶体衬底10的厚度方向上贯穿，以及在晶体生长表面10c和后表面表面10r上分别出现的不同取向晶体区13的第一和第二图形P1和P2相对于衬底的外部形状互相不同。
GaN晶体衬底10的晶体生长表面和后表面被类似于例7处理。在处理的GaN晶体衬底中，晶体生长表面10c的粗糙度Ra(C)是1.7nm以及后表面10r的粗糙度Ra(R)是1.8nm。因此，通过表面粗糙度Ra不可区分前和后表面。但是，通过不同取向的晶体区13的形状可以识别晶体取向，以及由于在晶体生长表面10c和后表面10r上分别出现的不同取向晶体区13的第一和第二图形P1和P2相对于衬底的外部形状彼此不同，衬底的前和后表面可被互相区分。
例12
参考图8A-8D和10，在蓝宝石衬底上，蓝宝石衬底是具有50.8mm直径和350μm厚度的研磨衬底1，通过溅射和光刻，形成具有20μm直径W1的圆形非晶SiO2层和具有50μm直径W2的圆形非晶SiO2层作为掩模层2，该掩模层2构图为图与8A相同的形状。这里，两个非晶SiO2层之间的距离L是10mm。两个非晶SiO2层形成为穿过两个非晶SiO2层中心的中心线13k平行于生长GaN晶体的取向<11-20>，作为任意规定的晶体取向10a。接下来，在蓝宝石衬底(研磨衬底1)上，其上形成构图为上述形状的非晶SiO2层(掩模层2)，类似于例9，生长具有50.8mm直径和3mm厚度的GaN晶体5。
在GaN晶体5中，在蓝宝石衬底(研磨衬底1)上生长矩阵晶体区11。在非晶SiO2层(掩模层2)上，生长c-轴反向的晶体区13t作为不同取向的结晶区13，其在晶体表面上出现分别具有15μm的直径W1和具有45μm的直径W2的圆形形状，如图8A-8D和10所示。这里，两个不同取向的晶体区13(c-轴反向晶体区13t)之间的距离L是10mm。穿过两个不同取向晶体区13中心的中心线13k平行于GaN晶体的取向<11-20>。
与例1一样，平行于研磨衬底1的主表面切割获得的GaN晶体5，以制造具有50mm直径和400μm厚度的GaN晶体衬底10。在获得的GaN晶体衬底10中，不同取向的晶体区13在GaN晶体衬底10的厚度方向上贯穿，以及在晶体生长表面10c和后表面10r上分别出现的不同取向晶体区13的第一和第二图形P1和P2相对于衬底的外部形状互相不同。
GaN晶体衬底10的晶体生长表面和后表面被类似于例7处理。在处理的GaN晶体衬底中，晶体生长表面10c的粗糙度Ra(C)是1.7nm以及后表面10r的粗糙度Ra(R)是1.8nm。因此，通过表面粗糙度Ra不可区分前和后表面。但是，可以通过不同取向的晶体区13的形状识另晶体取向，并且由于在晶体生长表面10c和后表面10r上分别出现的不同取向晶体区13的第一和第二图形P1和P2相对于衬底的外部形状互相不同，衬底的前和后表面可被互相区分。
尽管已经详细描述和图示了本发明，但是应当清楚地理解，这些实施例仅仅是图例和例子，以及不允许被限制，本发明的精神和范围仅仅由附加权利要求的措词所限制。

Claims (6)

1.一种GaN晶体衬底，具有：
其上生长晶体的晶体生长表面(10c)；以及
与所述晶体生长表面(10c)相对的后表面(10r)，其中
所述晶体生长表面(10c)具有至多10nm的粗糙度Ra(C)，以及
所述后表面(10r)具有至少0.5μm和至多10μm的粗糙度Ra(R)，以及
所述表面粗糙度Ra(R)与所述表面粗糙度Ra(C)的比率Ra(R)/Ra(C)至少是50。
2.根据权利要求1的GaN晶体衬底，还包括
在所述后表面(10r)形成的激光标记(12)，其中
所述激光标记(12)形成为表示任意规定的晶体取向。
3.一种GaN晶体衬底，包括：
矩阵晶体区(11)；以及
不同取向的晶体区(13)，包括在至少一个晶轴不同于所述矩阵晶体区(11)的晶体的晶体，其中
所述不同取向的晶体区(13)形成有表示任意规定的晶体取向(10a)的形状。
4.根据权利要求3的GaN晶体衬底，其中
所述不同取向的晶体区(13)在厚度方向上贯穿所述衬底，
所述衬底具有其上生长晶体的晶体生长表面(10c)和与所述晶体生长表面(10c)相对的后表面(10r)，以及
在所述衬底的所述晶体生长表面(10c)和所述后表面(10r)上分别出现的所述不同取向的晶体区(13)的第一和第二图形相对于所述衬底的外部形状彼此不同。
5.根据权利要求3的GaN晶体衬底，其中
所述不同取向的晶体区(13)是c-轴反向的晶体区(13t)，其由a-轴取向与所述矩阵晶体区(11)的晶体相同和c-轴取向与所述矩阵晶体区(11)的晶体反向的晶体形成。
6.根据权利要求3的GaN晶体衬底，其中
所述不同取向的晶体区(13)是多晶区(13m)，包括a-轴取向与所述矩阵晶体区(11)的晶体不同以及c-轴取向与所述矩阵晶体区(11)的晶体相同的多个晶体。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107104039A (zh) * 2016-02-23 2017-08-29 松下知识产权经营株式会社 Ramo4基板及其制造方法
CN116034186A (zh) * 2020-09-17 2023-04-28 日本碍子株式会社 Iii族元素氮化物半导体基板

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
IN2015DN02030A (zh) * 2012-08-28 2015-08-14 Sixpoint Materials Inc
KR102096421B1 (ko) 2012-09-25 2020-04-02 식스포인트 머터리얼즈 인코퍼레이티드 Iii 족 질화물 결정의 성장 방법
WO2014051684A1 (en) 2012-09-26 2014-04-03 Sixpoint Materials, Inc. Group iii nitride wafers and fabrication method and testing method
WO2015025674A1 (ja) * 2013-08-20 2015-02-26 独立行政法人産業技術総合研究所 結晶方位マーク付き処理基板、結晶方位検出方法及び結晶方位マーク読出装置
KR102185659B1 (ko) * 2014-02-11 2020-12-03 삼성전자주식회사 웨이퍼의 제조 방법 및 이에 의해 제조된 웨이퍼
JP6319599B2 (ja) * 2016-02-23 2018-05-09 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 Ｒａｍｏ４基板およびその製造方法
JP7467843B2 (ja) * 2019-08-29 2024-04-16 富士電機株式会社 炭化珪素エピタキシャル基板および炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61290708A (ja) * 1985-06-18 1986-12-20 Fujitsu Ltd 半導体ウエハ−
US5212151A (en) * 1989-12-07 1993-05-18 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Superconducting thin film having a matrix and foreign phases
JPH09110589A (ja) * 1995-10-19 1997-04-28 Toshiba Corp シリコンウェハ及びその製造方法
JPH10256105A (ja) * 1997-03-11 1998-09-25 Super Silicon Kenkyusho:Kk レーザマークを付けたウェーハ
JP2002222746A (ja) * 2001-01-23 2002-08-09 Matsushita Electric Ind Co Ltd 窒化物半導体ウェーハ及びその製造方法
JP2002356398A (ja) 2001-06-01 2002-12-13 Sumitomo Electric Ind Ltd 窒化ガリウムウエハ
JP4046485B2 (ja) * 2001-06-05 2008-02-13 シャープ株式会社 窒化物系化合物半導体発光素子
US6488767B1 (en) * 2001-06-08 2002-12-03 Advanced Technology Materials, Inc. High surface quality GaN wafer and method of fabricating same
US20040135232A1 (en) * 2003-01-10 2004-07-15 Bakel Henry Van Semiconductor wafer and method of marking a crystallographic direction on a semiconductor wafer
JP3580311B1 (ja) * 2003-03-28 2004-10-20 住友電気工業株式会社 表裏識別した矩形窒化物半導体基板
KR100550491B1 (ko) * 2003-05-06 2006-02-09 스미토모덴키고교가부시키가이샤 질화물 반도체 기판 및 질화물 반도체 기판의 가공 방법
JP4518746B2 (ja) * 2003-05-06 2010-08-04 住友電気工業株式会社 ＧａＮ基板
JP4868114B2 (ja) * 2005-08-11 2012-02-01 日立電線株式会社 窒化物系半導体基板およびその製造方法
JP4696886B2 (ja) * 2005-12-08 2011-06-08 日立電線株式会社 自立した窒化ガリウム単結晶基板の製造方法、および窒化物半導体素子の製造方法
JP4301251B2 (ja) * 2006-02-15 2009-07-22 住友電気工業株式会社 ＧａＮ結晶基板

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107104039A (zh) * 2016-02-23 2017-08-29 松下知识产权经营株式会社 Ramo4基板及其制造方法
CN116034186A (zh) * 2020-09-17 2023-04-28 日本碍子株式会社 Iii族元素氮化物半导体基板

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