KR20070099460A - ＧａＮ 결정 기판 - Google Patents

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KR20070099460A
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substrate
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gan
anisotropic
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순스케 후지타
히토시 가사이
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스미토모덴키고교가부시키가이샤
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Abstract

본 GaN 결정 기판(10)은 그 위에 결정 성장시키는 결정 성장면(10c)과 그 결정 성장면(10c)의 반대측 이면(10r)을 갖고, 결정 성장면(10c)의 조도 Ra(C)가 10 nm 이하이며, 결정 성장면(10c)의 반대측 면인 이면(10r)의 조도 Ra(R)가 0.5 ㎛ 이상 10 ㎛ 이하이고, 면 조도 Ra(C)에 대한 면 조도 Ra(R)의 비 Ra(R)/Ra(C)가 50 이상이다. 이렇게 해서, GaN 결정 기판 상에 성장시키는 반도체층의 모폴로지를 저하시키지 않고, 기판의 표리를 식별할 수 있는 GaN 결정 기판이 제공된다.

Description

ＧａＮ 결정 기판{GaN CRYSTAL SUBSTRATE}
도 1a는 본 발명에 따른 GaN 결정 기판의 일실시형태를 도시한 개략 상면도.
도 1a는 도 1a에 대응하는 개략 측면도.
도 1c는 도 1a에 대응하는 개략 하면도.
도 2a는 본 발명에 따른 GaN 결정 기판의 다른 실시형태를 도시한 개략 상면도.
도 2b는 도 2a 및 도 2c의 ⅡB에 있어서의 개략 단면도.
도 2c는 도 2a에 대응하는 개략 하면도.
도 3a는 본 발명에 따른 GaN 결정 기판의 또 다른 실시형태를 도시한 개략 상면도.
도 3b는 도 3a 및 도 3c의 ⅢB에 있어서의 개략 단면도.
도 3c은 도 3a에 대응하는 개략 하면도.
도 4a는 본 발명에 관한 GaN 결정 기판의 또 다른 실시형태를 도시한 개략 상면도.
도 4b는 도 4a 및 도 4c의 IVB에 있어서의 개략 단면도.
도 4c는 도 4a에 대응하는 개략 하면도.
도 5a는 본 발명에 따른 GaN 결정 기판의 또 다른 실시형태를 도시한 개략 상면도.
도 5b는 도 5a 및 도 5c의 VB에 있어서의 개략 단면도.
도 5c는 도 5a에 대응하는 개략 하면도.
도 6a는 본 발명에 관한 GaN 결정 기판의 또 다른 실시형태를 도시한 개략 상면도.
도 6b는 도 6a 및 도 6c의 ⅥB에 있어서의 개략 단면도.
도 6c는 도 6a에 대응하는 개략 하면도.
도 7a는 본 발명에 따른 GaN 결정 기판의 또 다른 실시형태를 도시한 개략 상면도.
도 7b는 도 7a 및 도 7d의 ⅦB에 있어서의 개략 단면도.
도 7c는 도 7a 및 도 7d의 ⅦC에 있어서의 개략 단면도.
도 7d는 도 7a에 대응하는 개략 하면도.
도 8a는 본 발명에 따른 GaN 결정 기판의 또 다른 실시형태를 도시한 개략 상면도.
도 8b는 도 8a 및 도 8d의 ⅧB에 있어서의 개략 단면도.
도 8c는 도 8a 및 도 8d의 ⅧC에 있어서의 개략 단면도.
도 8d는 도 8a에 대응하는 개략 하면도.
도 9a는 이방위 결정 영역이 c축 반전 결정 영역인 경우의 개략 확대 단면도.
도 9b는 이방위 결정 영역이 다결정 영역인 경우의 개략 확대 단면도.
도 10은 이방위 결정 영역으로서의 c축 반전 결정 영역을 일부에 포함하는 GaN 결정 기판의 제조 방법의 일실시형태를 도시한 개략 단면도.
도 11은 이방위 결정 영역으로서의 다결정 영역을 일부에 포함하는 GaN 결정 기판의 제조 방법의 일실시형태를 도시한 개략 단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : GaN 결정 기판
10c : 결정 성장면
10r : 이면
11 : 매트릭스 결정 영역
12 : 레이저 마크
13 : 이방위 결정 영역
13t : c축 반전 결정 영역
13m : 다결정 영역
본 발명은 반도체 디바이스 등에 이용되는 GaN 결정 기판에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기판의 표리(表裏) 식별이 가능한 GaN 결정 기판에 관한 것이다.
발광 디바이스, 전자 디바이스, 반도체 센서 등의 각종 반도체 디바이스의 기판에 GaN 결정 기판이 널리 이용되고 있다. 여기서, GaN 결정 기판 위에 결정을 성장시키는 면(결정 성장면 또는 표면이라고도 함, 이하 동일)측에 적어도 1층의 반도체층을 형성함으로써 반도체 디바이스가 형성된다. 따라서, 반도체 디바이스를 제작하기 위해, GaN 결정 기판의 표면 및 이면(결정 성장면의 반대측 면을 말함, 이하 동일)을 식별하는 것이 필요하였다.
또한, GaN 결정 기판 및 그 표면측에 형성된 적어도 1층의 반도체층을 포함하는 웨이퍼를 소정의 결정 방위로 분할함으로써, 각 반도체 디바이스의 칩을 얻을 수 있다. 따라서, 반도체 디바이스를 작성하기 위해 GaN 결정 기판의 결정 방위를 식별하는 것도 필요하였다.
이러한 GaN 결정 기판의 표리를 식별하기 위해, 종래는 적어도 2개의 오리엔테이션 플랫(orientation flat)을 형성하는 것이 필요하였다. 또한, GaN 결정 기판의 결정 방위를 식별하기 위해, 적어도 하나의 오리엔테이션 플랫이 기판의 특정 방향(예컨대, <1-100> 방향)으로 평행해지도록 형성되어 있었다(예컨대, 특허 공개 제2002-356398호 공보 참조).
그러나, 이러한 오리엔테이션 플랫이 형성된 GaN 결정 기판 위에 결정을 성장시키는 면 상에 반도체층을 에피텍셜 성장시키면, 성장한 반도체층의 두께가 기판의 중앙부와 상기한 오리엔테이션 플랫 근방이 다른 등, 반도체층의 모폴로지(morpology)가 저하한다. 한편, 이러한 오리엔테이션 플랫이 형성되어 있지 않은 GaN 결정 기판에 있어서는 상기와 같은 성장한 반도체층의 모폴로지 저하의 문제는 없지만, 기판의 표리 및/또는 결정 방위를 식별할 수 없다.
그래서, GaN 결정 기판 상에 성장시키는 반도체층의 모폴로지를 저하시키지 않고, 기판의 표리 및/또는 결정 방위를 식별할 수 있는 GaN 결정 기판의 개발이 요구되고 있었다.
본 발명은 GaN 결정 기판 상에 성장시키는 반도체층의 모폴로지를 저하시키지 않고, 기판의 표리를 식별할 수 있는 GaN 결정 기판을 제공하는 것을 하나의 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 GaN 결정 기판 상에 성장시키는 반도체층의 모폴로지를 저하시키지 않고, 기판의 결정 방위를 식별할 수 있는 GaN 결정 기판을 제공하는 것도 목적으로 한다.
본 발명은 결정 성장면과 이 결정 성장면 반대측의 이면을 갖고, 결정 성장면의 조도(粗度) Ra(C)가 10 nm 이하이며, 이면의 조도 Ra(R)가 0.5 ㎛ 이상 10 ㎛ 이하이고, 면 조도 Ra(C)에 대한 면 조도 Ra(R)의 비 Ra(R)/Ra(C)가 50 이상인 GaN 결정 기판이다.
본 발명에 따른 GaN 결정 기판은 이면에 형성되어 있는 레이저 마크를 더 포함하고, 이 레이저 마크는 임의로 특정되는 결정 방위를 나타내도록 형성될 수 있다.
또한, 본 발명은 매트릭스 결정 영역과, 매트릭스 결정 영역의 결정에 대하여 적어도 하나의 결정축이 다른 결정을 함유하는 이방위(異方位) 결정 영역을 포 함하고, 이 이방위 결정 영역의 형상은 임의로 특정되는 결정 방위를 나타내도록 형성되어 있는 GaN 결정 기판이다.
본 발명에 따른 GaN 결정 기판은 이방위 결정 영역이 기판의 두께 방향으로 관통하고 있으며, 그 기판은 그 위에 결정을 성장시키는 결정 성장면과 이 결정 성장면 반대측의 이면을 갖고, 기판의 결정 성장면과 이면에 각각 나타나는 이방위 결정 영역의 제1 패턴과 제2 패턴이 기판의 외형에 관해서 서로 다를 수 있다. 여기서, 이 이방위 결정 영역은, 매트릭스 결정 영역의 결정에 대하여 a축 방향이 동일하며, c축 방향이 반전되어 있는 결정으로 형성되어 있는 c축 반전 결정 영역으로 할 수 있다. 또한, 이 이방위 결정 영역은, 매트릭스 결정 영역의 결정에 대하여 a축 방향이 다르며, c축 방향이 같은 결정을 복수 함유하는 다결정 영역으로 할 수 있다.
본 발명에 의하면, GaN 결정 기판 상에서 성장시키는 반도체층의 모폴로지를 저하시키지 않고, 기판의 표리를 식별할 수 있는 GaN 결정 기판을 제공할 수 있다. 또한, 본 발명에 의하면, 기판의 결정 방위를 식별할 수 있는 GaN 결정 기판도 제공할 수 있다.
본 발명의 전술한 목적, 특징, 양태 및 장점과, 다른 목적, 특징, 양태 및 장점은 첨부 도면과 함께 이하의 본 발명의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.
(실시형태 1)
도 1a 내지 도 1c를 참조하면, 본 발명에 따른 GaN 결정 기판의 일실시형태 는 결정 성장면(10c)의 조도 Ra(C)가 10 nm 이하이고, 결정 성장면(10c) 반대측에 있는 이면(10r)의 조도 Ra(R)가 0.5 ㎛ 이상 10 ㎛ 이하이며, 면 조도 Ra(C)에 대한 면 조도 Ra(R)의 비 Ra(R)/Ra(C)가 50 이상이다. 본 실시형태의 GaN 결정 기판(10)은 그 위에 성장시키는 반도체층의 모폴로지를 저하시키지 않고, 기판의 표리를 육안으로 용이하게 식별할 수 있다.
여기서, 면 조도(Ra)[결정 성장면(10c)의 조도 Ra(C) 및 이면(10r)의 조도 Ra(R)를 말함, 이하 동일]란, 거친 곡면으로부터 그 평균면 방향으로 소정의 기준 면적만을 추출하고, 이 추출 부분의 평균면으로부터 측정 곡면까지의 편차의 절대값을 합계하여 그것을 기준 면적으로 평균한 값을 말한다. 면 조도(Ra)는 면 조도가 작은 면에 대해서는 광간섭식 측정 장치 등을 이용하고, 면 조도가 큰 면에 대해서는 3D-SEM(3차원 주사형 전자 현미경) 등을 이용하여 측정할 수 있다.
결정 성장면(10c)의 조도 Ra(C)(이하, 면 조도 Ra(C)라고도 함)가 10 nm보다 크면 그 면 상에 성장시키는 반도체층의 모폴로지가 저하하고, 또한 이면(10r)의 조도 Ra(R)[이하, 면 조도 Ra(R)라고도 함]의 차가 작아져 기판의 표리를 육안으로 용이하게 식별하는 것이 곤란해진다. 여기서, 현재의 연마 기술에 있어서, 면 조도 Ra(C)는 0.1 nm 정도까지 작게 할 수 있다.
이면(10r)의 조도 Ra(R)가 0.5 ㎛보다 작으면 결정 성장면(10c)의 조도 Ra(C) 와의 차가 작아져 기판의 표리를 육안으로 용이하게 식별하는 것이 곤란해지며, 10 ㎛보다 크면 GaN 결정 기판의 결정 성장면(10c) 상에 반도체층을 성장시킬 때에 GaN 결정 기판의 이면과 서셉터(GaN 결정 기판을 배치하여 가열하기 위한 대를 말함, 이하 동일) 사이의 접촉이 불균일해지며, 서셉터로부터 GaN 결정 기판에 전달되는 열 분포가 불균일해져 성장시키는 반도체층의 모폴로지가 저하한다.
결정 성장면(10c)의 조도 Ra(C)에 대한 이면(10r) 조도 Ra(R)의 비 Ra(R)/Ra(C)가 50보다 작으면, Ra(R)과 Ra(C)의 차가 작아져, 육안으로 용이하게 기판의 표리를 식별하는 것이 곤란해진다.
(실시형태 2)
도 2a 내지 도 2c를 참조하면, 본 발명에 따른 GaN 결정 기판의 다른 실시형태는 실시형태 1의 GaN 결정 기판과 동일하게 결정 성장면(10c)의 조도 Ra(C)가 10 nm 이하이며, 결정 성장면(10c) 반대측에 있는 이면(10r)의 조도 Ra(R)가 0.5 ㎛ 이상 10 ㎛ 이하이고, 면 조도 Ra(C)에 대한 면 조도 Ra(R)의 비 Ra(R)/Ra(C)가 50 이상이다. 따라서, 본 실시형태의 GaN 결정 기판은 육안으로 용이하게 기판의 표리를 식별할 수 있다.
또한, 도 2a 내지 도 2c를 참조하면, 본 실시형태의 GaN 결정 기판(10)은 그 이면(10r)에 형성되어 있는 레이저 마크(12)를 포함하고, 이 레이저 마크(12)는 임의로 특정되는 결정 방위(10a)를 나타내도록 형성되어 있다. 이 레이저 마크(12)는 GaN 결정 기판(10)의 이면(10r)에 형성되어 있기 때문에, 결정 성장면(10c) 상에 모폴로지가 양호한 반도체층을 성장시킬 수 있다. 또한, 이 레이저 마크(12)가 GaN 결정 기판(10)의 임의로 특정되는 결정 방위(10a)를 나타내도록 형성되어 있는 것에 의해, GaN 결정 기판(10)의 임의로 특정되는 결정 방위(10a)를 식별할 수 있다.
여기서, 도 2a 내지 도 2c를 참조하면, GaN 결정 기판(10)의 임의로 특정되는 결정 방위(10a)를 나타내도록 레이저 마크(12)를 형성하는 방법에는 특별히 제한은 없으며, GaN 결정 기판(10)의 임의로 특정되는 결정 방위(10a)로서, 예컨대 <1-100> 방향 또는 <11-20> 방향과 평행하게 레이저 마크(12)를 GaN 결정 기판(10)의 이면(10r)에 직선형으로 형성함으로써, 각각 <1-100> 방향 또는 <11-20> 방향의 결정 방위를 식별할 수 있다.
레이저 마크(12)는 결정 성장면(10c)이 아니라 이면(10r)에 형성되어 있기 때문에, 형상에는 특별히 제한은 없지만, 폭(W)이 30 ㎛ 이상 1000 ㎛ 이하, 깊이(D)가 5 ㎛ 이상 30 ㎛ 이하 및 길이(L)가 5 mm 이상 20 mm 이하인 것이 바람직하다. 폭(W)이 30 ㎛보다 작으면 육안으로 기판의 표리를 판단하기가 어려워지고, 1000 ㎛보다 크면 기판의 결정 성장면에 에피택셜 결정을 성장시킬 때에, 기판의 이면(10r)과 서셉터(기판을 유지하는 대를 말하고, 서셉터 표면은 기판의 이면과 접촉하고 있으며, 기판을 가열하는 기능을 가짐. 이하 동일)와의 접촉이 나빠지며, 양호한 에피택셜 결정을 얻기가 어려워진다. 깊이(D)가 5 ㎛보다 작으면 육안으로 기판의 표리를 판단하기가 어려워지며, 30 ㎛보다 크면 기판이 깨지기 쉬워진다. 길이(L)가 5 ㎜보다 작으면，소정의 방위로 맞출 때 어긋남이 발생하기 쉬워지며, 20 mm보다 크면 기판의 결정 성장면(10c) 상에 에피택셜 결정을 성장시킬 때 기판의 이면(10r)과 서셉터와의 접촉이 나빠지며, 양호한 에피택셜 결정을 얻기 어려워지게 된다.
또한, 도 2a 내지 도 2c에 있어서, 레이저 마크(12)는 임의로 특정되는 결정 방위(10a)에 대하여 평행하게 직선형으로 형성되어 있지만, 레이저 마크(12)는 임의로 특정되는 결정 방위(10a)에 대하여 일정한 각도를 이루도록 형성할 수도 있다. 또한, 도트 형상, 기호 및/또는 숫자의 열 형상으로 형성할 수도 있다.
따라서, 본 실시형태의 GaN 결정 기판은 육안으로 용이하게 기판의 표리를 식별할 수 있는 동시에, 육안으로 용이하게 기판의 결정 방위도 식별할 수 있다.
여기서, 도 2a 내지 도 2c를 참조하면, GaN 결정 기판(10)의 이면(10r)에 레이저 마크(12)를 형성하는 방법에는 특별히 제한은 없지만, 가시광(피크 파장이 약 400 ㎚ 내지 800 nm의 영역에 있는 광을 말함)에 대하여 투명한 GaN 결정 기판(10)의 이면(10r)에 레이저 마크(12)를 형성하는 경우에는, 피크 파장이 400 nm 이하인 광빔 또는 피크 파장이 5000 nm 이상인 광빔을 GaN 결정 기판(10)의 이면(10r)에 조사하여 이면(10r)에 홈형의 오목부를 형성함으로써 행할 수 있다.
(실시형태 3)
도 3a 내지 도 3c 및 도 4a 내지 도 4c를 참조하면, 본 발명에 따른 GaN 결정 기판의 또 다른 실시형태는 매트릭스 결정 영역(11)과, 매트릭스 결정 영역(11)의 결정에 대하여 적어도 하나의 결정축이 다른 결정을 함유하는 이방위 결정 영역(13)을 포함하고, 이 이방위 결정 영역(13)의 형상은 임의로 특정되는 결정 방 위(10a)를 나타내도록 형성되어 있다.
이방위 결정 영역(13)은 매트릭스 결정 영역(11)의 결정에 대하여 적어도 하나의 결정축이 다른 결정을 함유하고 있기 때문에, 이방위 결정 영역(13)은 매트릭스 결정 영역(11)과 광의 흡수량 차이에 의한 명암차가 발생하여, 이방위 결정 영역(13)과 매트릭스 결정 영역(11)을 육안으로 식별할 수 있다. 또한, 이방위 결정 영역(13)의 형상이 GaN 결정 기판(10)의 임의로 특정되는 결정 방위(10a)를 나타내도록 형성되어 있는 것에 의해, GaN 결정 기판(10)의 임의로 특정되는 결정 방위(10a)를 식별할 수 있다.
여기서, 도 3a 내지 도 3c 및 도 4a 내지 도 4c를 참조하여, GaN 결정 기판(10)의 임의로 특정되는 결정 방위(10a)를 나타내도록 이방위 결정 영역(13)의 형상을 형성하는 방법에는 특별히 제한은 없고, GaN 결정 기판(10)의 임의로 특정되는 결정 방위(10a)가 <1-100> 방향 또는 <11-20> 방향인 경우, 예컨대 GaN 결정 기판(10)의 결정 성장면(10c) 및 이면(10r)에 나타나는 이방위 결정 영역(13)의 형상을 <1-100> 방향 또는 <11-20> 방향과 평행한 직선형 또는 파선형으로 형성함으로써, 각각 <1-100> 방향 또는 <11-20> 방향의 결정 방위를 식별할 수 있다.
또한, 도 3a 내지 도 3c에 있어서, 이방위 결정 영역(13)의 형상은 임의로 특정되는 결정 방위(10a)에 대하여 평행하게 직선형으로 형성되어 있지만, 이방위 결정 영역(13)은 임의로 특정되는 결정 방위(10a)에 대하여 일정한 각도를 이루도록 형성할 수도 있다. 또한, 도트 형상, 기호열 형상으로 형성할 수도 있다.
본 실시형태에 있어서는 도 3a 내지 도 3c 및 도 4a 내지 도 4c에 도시한 바 와 같이, 이방위 결정 영역(13)은 GaN 결정 기판(10)의 두께 방향으로 관통하고 있다. 여기서, 도 3a 내지 도 3c에 도시한 바와 같이, 기판의 결정 성장면(10c)과 이면(10r)에 각각 나타나는 이방위 결정 영역(13)의 제1 패턴(P1)과 제2 패턴(P2)이 기판의 외형에 관해서 서로 동일하여도 좋다. 또한, 도 4a 내지 도 4c에 도시한 바와 같이, 기판의 결정 성장면(10c)과 이면(10r)에 각각 나타나는 이방위 결정 영역(13)의 제1 패턴(P1)과 제2 패턴(P2)이 기판의 외형에 관해서 서로 달라도 좋다.
여기서, 구체적으로는 도 3a 내지 도 3c에 도시한 이방위 결정 영역(13)의 패턴 예는 이하와 같다. 제1 패턴(P1)과 제2 패턴(P2)은 기판을 두께 방향으로 등분하는 평면(10h)에 대하여 경면 대칭이다. 또한, 제1 패턴(P1) 및 제2 패턴(P2)은 각각 기판의 결정 성장면 및 이면에 있어서 각각의 중심(도시하지 않음)으로부터 떨어진 위치에 나타나는 이방위 결정 영역(13)을 포함한다. 여기서, 이 이방위 결정 영역(13)의 길이 방향의 중심선(13k)은 일직선 상에 있으며, 임의로 특정되는 결정 방위(10a)와 평행하다.
또한, 도 4a 내지 도 4c에 도시한 이방위 결정 영역(13)의 패턴의 예는 이하와 같다. 제1 패턴(P1)과 제2 패턴(P2)은 기판을 두께 방향으로 등분하는 평면(10h)에 대하여 경면 대칭이다. 또한, 제1 패턴(P1) 및 제2 패턴(P2)은 각각 기판의 결정 성장면 및 이면에 있어서 각각의 중심(도시하지 않음)으로부터 떨어진 위치에 나타나는 2개의 이방위 결정 영역(13)을 포함한다. 여기서, 각 이방위 결정 영역(13)의 길이 방향의 길이(L1, L3)는 다르고, 각 이방위 결정 영역(13)의 길이 방향의 중심선(13k)은 일직선 상에 있으며, 임의로 특정되는 결정 방위(10a)와 평행하다.
여기서, 도 3a 내지 도 3c 및 도 4a 내지 도 4c를 참조하여, 이방위 결정 영역(13)의 폭(W) 및 길이(L)에는 특별히 제한은 없지만, 폭(W)은 10 ㎛ 이상 1000 ㎛ 이하, 길이(L)는 5 mm 이상 20 mm 이하가 바람직하다. 폭(W)이 10 ㎛보다 작으면 GaN 결정이 성장함에 따라 이방위 결정 영역(13)이 소실되는 경우가 있으며, 폭(W)이 1000 ㎛보다 크면 매트릭스 결정 영역(11)이 작아진다. 길이(L)가 5 mm보다 작으면 결정 방위를 알기 어렵고, 또한 GaN 결정이 성장함에 따라 이방위 결정 영역(13)이 소실되는 경우가 있다. 길이(L)가 20 mm보다 커지면 매트릭스 결정 영역(11)이 작아진다. 또한, 도 3a 내지 도 3c 및 도 4a 내지 도 4c에 있어서는 1개의 직선형 또는 파선형의 이방위 결정 영역(13)이 형성되어 있지만, GaN 결정의 성장에 따라 이방위 결정 영역(13)의 소실을 고려하면, 복수 개(예컨대, 복수의 직선 또는 파선형)의 이방위 결정 영역(13)을 형성하는 것이 바람직하다.
또한, 도 3a 내지 도 3c 및 도 4a 내지 도 4c를 참조하면, 본 실시형태의 GaN 결정 기판(10)에 있어서, 실시형태 1의 GaN 결정 기판과 동일하게, 결정 성장면(10c)의 조도 Ra(C)가 10 nm 이하이며, 결정 성장면(10c) 반대측에 있는 이면(10r)의 조도 Ra(R)가 0.5 ㎛ 이상 10 ㎛ 이하이고, 면 조도 Ra(C)에 대한 면 조도 Ra(R)의 비 Ra(R)/Ra(C)가 50 이상인 것이 바람직하다. 비 Ra(R)/Ra(C)가 50 이상인 것에 의해, 육안으로 용이하게 기판의 표리를 식별할 수 있다.
(실시형태 4)
도 4a 내지 도 4c, 도 5a 내지 도 5c, 도 6a 내지 도 6c, 도 7a 내지 도 7d 및 도 8a 내지 도 8d를 참조하면, 본 발명에 따른 GaN 결정 기판의 또 다른 실시형태는 실시형태 3과 동일하게 매트릭스 결정 영역(11)과, 매트릭스 결정 영역(11)의 결정에 대하여 적어도 하나의 결정축이 다른 결정을 함유하는 이방위 결정 영역(13)을 포함하고, 이 이방위 결정 영역(13)의 형상은 임의로 특정되는 결정 방위(10a)를 나타내도록 형성되어 있다. 또한, 본 실시형태의 GaN 결정 기판(10)은 이방위 결정 영역(13)이 기판의 두께 방향으로 관통하고 있으며, 기판의 결정 성장면(10c)과 이면(10r)에 각각 나타나는 이방위 결정 영역(13)의 제1 패턴(P1)과 제2 패턴(P2)이 기판의 외형에 관해서 서로 다르다.
본 실시형태의 GaN 결정 기판(10)은 이방위 결정 영역(13)의 형상이 임의로 특정되는 결정 방위(10a)를 나타내도록 형성되고, 또한 기판의 결정 성장면(10c)과 이면(10r)에 각각 나타나는 이방위 결정 영역(13)의 제1 패턴(P1)과 제2 패턴(P2)이 기판의 외형에 관해서 서로 다르기 때문에, 결정 성장면의 조도 Ra(C)에 대한 이면(10r) 조도 Ra(R)와의 비 Ra(R)/Ra(C)의 대소에 관계없이, 예컨대 비 Ra(R)/Ra(C)가 50 미만이어도 기판의 결정 방위 및 표리를 식별할 수 있다.
본 실시형태의 GaN 결정 기판(10)에 있어서, 「결정 성장면(10c)에 나타나는 이방위 결정 영역(13)의 제1 패턴(P1)과 이면(10r)에 나타나는 이방위 결정 영 역(13)의 제2 패턴(P2)이 기판의 외형에 관해서 서로 다르다」란, 기판의 외형에 관한 위치 관계에 있어서 제1 패턴(P1)과 제2 패턴(P2)이 다른 것을 의미하며, 예컨대 이하의 예를 들 수 있다.
도 4a 내지 도 4c를 참조하여, 본 실시형태에 있어서의 이방위 결정 영역(13)의 패턴의 일례는 이하와 같다. 제1 패턴(P1)과 제2 패턴(P2)은 기판을 두께 방향으로 등분하는 평면(10h)에 관해서 경면 대칭이다. 또한, 제1 패턴(P1) 및 제2 패턴(P2)은 각각 기판의 결정 성장면 및 이면에 있어서 각각의 중심(도시하지 않음)으로부터 떨어진 위치에 나타나는 2개의 이방위 결정 영역(13)을 포함한다. 여기서, 각 이방위 결정 영역(13)의 길이 방향의 길이(L1, L3)는 다르고, 각 이방위 결정 영역(13) 길이 방향의 중심선(13k)은 일직선 상에 있으며, 임의로 특정되는 결정 방위(10a)와 평행하다.
도 5a 내지 도 5c를 참조하면, 본 실시형태에 있어서의 이방위 결정 영역(13)의 패턴의 다른 예는 이하와 같다. 제1 패턴(P1)과 제2 패턴(P2)은 기판을 두께 방향으로 등분하는 평면(10h)에 관해서 경면 대칭이다. 또한, 제1 패턴(P1) 및 제2 패턴(P2)은 각각 기판의 결정 성장면 및 이면에 있어서 각각의 중심(도시하지 않음)으로부터 떨어진 위치에 나타나는 면 형상이 삼각 형상인 이방위 결정 영역(13)을 포함한다. 여기서, 이 이방위 결정 영역(13)의 길이 방향의 중심선(13k) 은 임의로 특정되는 결정 방위(10a)와 평행하다.
도 6a 내지 도 6c를 참조하면, 본 실시형태에 있어서의 이방위 결정 영역(13) 패턴의 또 다른 예는 이하와 같다. 제1 패턴(P1)과 제2 패턴(P2)은 기판을 두께 방향으로 등분하는 평면(10h)에 관해서 경면 대칭이다. 또한, 제1 패턴(P1) 및 제2 패턴(P2)은 각각 기판의 결정 성장면 및 이면에 있어서 각각의 중심(도시하지 않음)으로부터 떨어진 위치에 나타나는 면 형상이 사각 형상인 이방위 결정 영역(13)을 포함한다. 여기서, 이 면 형상이 사각 형상인 이방위 결정 영역(13)은 한쪽 단부만이 기판의 외주에 접촉하고, 이 이방위 결정 영역(13) 길이 방향의 중심선(13k)은 임의로 특정되는 결정 방위(10a)와 평행하다.
도 7a 내지 도 7d를 참조하면, 본 실시형태에 있어서의 이방위 결정 영역(13) 패턴의 또 다른 예는 이하와 같다. 제1 패턴(P1)과 제2 패턴(P2)은 기판을 두께 방향으로 등분하는 평면(10h)에 관해서 경면 대칭이다. 또한, 제1 패턴(P1) 및 제2 패턴(P2)은 각각 기판의 결정 성장면 및 이면에 있어서 각각의 중심(도시하지 않음)으로부터 떨어진 위치에 나타나는 면 형상이 다각 형상인 2개의 이방위 결정 영역(13)을 포함한다. 여기서, 각 이방위 결정 영역(13)의 폭(W1, W2)은 서로 다르며, 각 이방위 결정 영역(13)의 중심을 지나는 중심선(13k)은 임의로 특정되는 결정 방위(10a)와 평행하다.
도 8a 내지 도 8d를 참조하면, 본 실시형태에 있어서의 이방위 결정 영 역(13) 패턴의 또 다른 예는 이하와 같다. 제1 패턴(P1)과 제2 패턴(P2)이 기판을 두께 방향으로 등분하는 평면(10h)에 관해서 경면 대칭이다. 또한, 제1 패턴(P1) 및 제2 패턴(P2)은 각각 기판의 결정 성장면 및 이면에 있어서 각각의 중심(도시하지 않음)으로부터 떨어진 위치에 나타나는 면 형상이 원 형상인 2개의 이방위 결정 영역(13)을 포함한다. 여기서, 각 이방위 결정 영역(13)의 직경(W1, W2)은 서로 다르며, 각 이방위 결정 영역(13)의 중심을 지나는 중심선(13k)이 임의로 특정되는 결정 방위(10a)와 평행하다. 또한, 원 형상이란, 원형 및 타원형을 포함한다. 여기서, 타원형 영역의 직경이란, 타원의 단직경 또는 장직경을 의미하는 것으로 한다.
(실시형태 5)
도 3a 내지 도 3c, 도 4a 내지 도 4c, 도 5a 내지 도 5c, 도 6a 내지 도 6c, 도 7a 내지 도 7d, 도 8a 내지 도 8d 및 도 9a를 참조하면, 실시형태 3 또는 실시형태 4의 GaN 결정 기판(10)에 있어서, 이방위 결정 영역(13)은, 매트릭스 결정 영역(11)의 결정에 대하여 a축 방향이 동일하며, c축 방향이 반전되어 있는 결정으로 형성되어 있는 c축 반전 결정 영역(13t)인 것이 바람직하다.
여기서, a축 방향이 동일하다는 것은, c축 반전 결정 영역(13t)에 포함되는 하나 이상의 결정의 a축과 매트릭스 결정 영역(11)에 포함되는 결정의 a축이 실질적으로 동일한 방향의 방향 벡터를 갖고, 양자의 a축의 어긋난 각이 30° 미만인 것을 말한다. 여기서, 축의 어긋난 각이란, 2개의 결정에 있어서 주목하는 결정축(예컨대, a축, c축 등)끼리가 이루는 입체각을 말하고, XRD(X-Ray Diffraction)법, EBSP(Electron Back Scattering Pattern)법에 의해 측정할 수 있다.
또한, c축 방향이 반전되어 있는 것은, c축 반전 결정 영역(13t)에 포함되는 하나 이상의 결정의 c축이 매트릭스 결정 영역(11)에 포함되는 결정의 c축에 대하여, 그 방향 벡터가 실질적으로 반대로 되어 있는 것을 말한다. 여기서, c축의 방향 벡터가 실질적으로 반대라는 것은, c축 반전 결정 영역(13t)에 포함되는 하나 이상의 결정의 c축과 매트릭스 결정 영역(11)에 포함되는 결정의 c축이 어긋난 각이 30° 미만이며, 그 방향 벡터의 방향이 반대인 것을 말한다.
GaN 결정 기판(10)의 매트릭스 결정 영역(11) 및 c축 반전 결정 영역(13t)은 형광 현미경으로 관찰할 수 있다. 또한, 각 결정 영역의 결정축은 XRD법으로 결정할 수 있다. 또한, c축 반전 결정 영역(13t)과 매트릭스 결정 영역(11)의 식별은, 상기한 형광 현미경 관찰 외에 수속 전자 회절법에 의한 극성의 차이, 주요면[결정 성장면(10c) 및 이면(10r)을 말함, 이하 동일]의 처리 속도(연마 속도 및 에칭 속도를 말함, 이하 동일)의 차이 등에 의해 용이하게 행할 수 있다.
이방위 결정 영역(13)이 c축 반전 결정 영역(13t)인 경우, 도 9a를 참조하면, GaN 결정 기판(10)의 결정 성장면(10c)에는 매트릭스 결정 영역(11)의 Ga 원자면(11g)과 c축 반전 결정 영역(13t)의 N 원자면(13n)이 나타나고, GaN 결정 기판(10)의 이면(10r)에는 매트릭스 결정 영역(11)의 N 원자면(11n)과 c축 반전 결정 영역(13t)의 Ga 원자면(13g)이 나타난다.
여기서, GaN 결정에 있어서, N 원자면은 Ga 원자면에 비해서 처리 속도가 크기 때문에, GaN 결정 기판(10)의 주요면[결정 성장면(10c) 및 이면(10r)]을 연마 또는 에칭 등에 의해 처리하면, 도 9a에 도시한 바와 같이, 결정 성장면(10c) 측에서는 c축 반전 결정 영역(13t)의 N 원자면(13n)은 매트릭스 결정 영역(11)의 Ga 원자면(11g)에 대하여 오목부를 형성하고, 이면(10r) 측에서는 c축 반전 결정 영역(13t)의 Ga 원자면(13g)은 매트릭스 결정 영역(11)의 N 원자면(11n)에 대하여 볼록부를 형성한다.
이와 같이, 연마 등에 의해 처리된 GaN 결정 기판(10)의 주요면에 있어서는 c축 반전 결정 영역(13t)과 매트릭스 결정 영역(11)의 경계부에 단차가 발생하기 때문에, c축 반전 결정 영역(13t)의 위치 및 형상을 육안으로 식별하기가 용이해진다. 이러한 단차는 주요면의 처리 조건에 따라 차이가 있지만, 대략 0.1 ㎛ 내지 2 ㎛ 정도이다.
또한, 도 10을 참조하면, 이방위 결정 영역으로서의 c축 반전 결정 영역(13t)을 일부에 포함하는 GaN 결정 기판(10)의 제조 방법은 특별히 제한은 없지만, 예컨대 이하와 같이 하여 행할 수 있다. 우선, 하지 기판(1) 상에 소정의 형상[예컨대, 폭(W), 길이(L)의 직선형]으로 패턴화된 마스크층(2)을 형성한다. 여기서, 하지 기판(1)은 GaN 결정을 에피택셜 성장시킬 수 있는 기판이면 특별히 제한은 없고, 사파이어 기판, GaAs 기판, SiC 기판 등이 바람직하게 이용된다. 또한, 마스크층(2)은 GaN 결정의 성장을 억제하는 것이면 특별히 제한은 없으며, 예컨대 비결정질 SiO2층, 비결정질 Si3N4층 등의 절연층, Ti층, Ni층, W층 등의 금속층 등이 바람직하게 이용된다. 이러한 마스크층(2)은 스퍼터법, CVD(화학 기상 퇴적)법 등에 의해 형성된다. 또한, 마스크층(2)의 패턴화는 포토리소그래피법 등에 의해 행해진다.
다음에, 소정의 형상[예컨대 폭(W), 길이(L)의 직선형]으로 패턴화된 마스크층(2)이 형성된 하지 기판(1) 상에 GaN 결정(5)을 성장시킨다. 하지 기판(1) 상에는 매트릭스 결정 영역(11)이 형성되고, 마스크층(2) 상에는 소정의 형상[예컨대, 폭(W), 길이(L)의 직선형]으로 패턴화된 c축 반전 결정 영역(13t)이 형성된다. 여기서, GaN 결정을 성장시키는 방법은 에피텍셜 성장을 할 수 있는 성장 방법이면 특별히 제한은 없고, HVPE(하이드라이드 기상 성장)법, MOCVD(유기 금속 화학 기상 퇴적)법 등이 바람직하게 이용된다. 여기서, GaN 결정의 성장 속도가 높은 관점으로부터 HVPE법이 바람직하게 이용된다.
다음에, 상기한 바와 같이 하여 얻은 GaN 결정(5)을 하지 기판(1)의 주요면과 평행한 면(10u, 10d)에서 슬라이스하고, 그 주요면을 연마 및/또는 에칭에 의해 처리하여 GaN 결정 기판(10)을 얻을 수 있다.
(실시형태 6)
도 3a 내지 도 3c, 도 4a 내지 도 4c, 도 5a 내지 도 5c, 도 6a 내지 도 6c, 도 7a 내지 도 7d, 도 8a 내지 도 8d 및 도 9b를 참조하면, 실시형태 3 또는 실시형태 4의 GaN 결정 기판(10)에 있어서, 이방위 결정 영역(13)은 매트릭스 결정 영역(11)의 결정에 대하여 a축 방향이 다르며, c축 방향이 같은 결정을 복수 함유하는 다결정 영역(13m)인 것이 바람직하다.
여기서, a축 방향이 다르다는 것은, 다결정 영역(13m)에 포함되는 복수 결정 의 a축과 매트릭스 결정 영역(11)에 포함되는 결정의 a축이 실질적으로 다른 방향의 방향 벡터를 갖고, 60° 이하의 어긋난 각을 갖는 것을 말한다. 여기서, 다결정영역(13m)에 포함되는 복수 결정의 a축 방향은 매트릭스 결정 영역(11)에 포함되는 결정의 a축 방향에 대하여 60° 이하의 어긋난 각의 범위 내에서 무작위적으로 분포되어 있다.
또한, 다결정 영역(13m)에 있어서의 결정이 매트릭스 결정 영역(11)의 결정에 대하여 c축 방향이 동일하다는 것은, 다결정 영역(13m)에 포함되는 복수 결정의 c축과 매트릭스 결정 영역(11)에 포함되는 결정의 c축이 실질적으로 동일한 방향의 방향 벡터를 갖고, 양자의 c축의 어긋난 각이 30° 미만인 것을 말한다.
GaN 결정 기판(10)의 매트릭스 결정 영역(11) 및 다결정 영역(13m)은 형광 현미경으로 관찰할 수 있다. 또한, 각 결정 영역의 결정축은 XRD(X선 회절)법에 의해 결정할 수 있다. 또한, 다결정 영역(13m)과 매트릭스 결정 영역(11)의 식별은 상기한 형광 현미경 관찰 외에 XRD법, 주요면의 처리 속도의 차이 등에 의해 용이하게 행할 수 있다.
이방위 결정 영역(13)이 다결정 영역(13m)인 경우, 도 9b를 참조하면, 다결정 영역(13m)은 단결정인 매트릭스 결정 영역(11)에 비해서 주요면[결정 성장면(10c) 및 이면(10r)]의 처리 속도(연마 속도 및 에칭 속도)가 크기 때문에, GaN 결정 기판(10)의 주요면을 연마 등에 의해 처리하면, 도 9b에 도시한 바와 같이, 결정 성장면(10c) 측에서는 다결정 영역(13m)의 Ga 원자면(13g)은 매트릭스 결정 영역 결정(11)의 Ga 원자면(11g)에 대하여 오목부를 형성하고, 이면(10r) 측에서도 다결정 영역(13m)의 N 원자면(13n)은 매트릭스 결정 영역(11)의 N 원자면(11n)에 대하여 오목부를 형성한다.
이와 같이, 연마 또는 에칭 등에 의해 처리된 GaN 결정 기판(10)의 주요면에 있어서는 다결정 영역(13m)과 매트릭스 결정 영역(11)과의 경계부에 단차가 발생하기 때문에, 다결정 영역(13m)의 위치 및 형상을 육안으로 식별하기가 용이해진다. 이러한 단차는 주요면의 처리 조건에 따라 차이가 있지만, 대략 0.1 ㎛ 내지 2 ㎛ 정도이다.
또한 도 11을 참조하면, 이방위 결정 영역으로서의 다결정 영역(13m)을 일부에 포함하는 GaN 결정 기판(10)의 제조 방법은 특별히 제한은 없지만, 예컨대 이하와 같이 하여 행할 수 있다. 우선, 하지 기판(1) 상에 소정의 형상[예컨대, 폭(W), 길이(L)의 직선형]으로 패턴화된 마스크층(2)을 형성한다. 여기서, 하지 기판(1)은 GaN 결정을 에피택셜 성장시킬 수 있는 기판이면 특별히 제한은 없고, 사파이어 기판, GaAs기판, SiC 기판 등이 바람직하게 이용된다. 또한, 마스크층(2)은 GaN 결정(5)의 성장을 억제하는 동시에 코어 결정(3)의 a축 방향이 매트릭스 결정 영역 결정의 a축 방향과 다르도록 코어 결정(3)이 마스크층(2) 상에 형성되는 특성을 갖는 것이면 특별히 제한은 없고, 비결정질 SiO2층, 비결정질 Si3N4층 등이 바람직하게 이용된다. 이러한 마스크층(2)은 스퍼터법, CVD(화학 기상 퇴적)법 등에 의해 형성된다. 또한, 마스크층(2)의 패턴 형성은 포토리소그래피법 등에 의해 행해진다.
다음에, 소정의 형상[예컨대, 폭(W), 길이(L)의 직선형]으로 패턴화된 마스크층(2)이 형성된 하지 기판(1) 상에 GaN 결정(5)을 성장시킨다. 이 때, GaN 결정의 성장 조건을 GaN 가스가 과포화가 되는 조건(예컨대, HVPE법을 이용하여 GaN 결정을 성장시키는 경우에 있어서는 GaN 결정의 성장 개시로부터 적어도 3분간은 Ga 원료 가스의 분압이 2.5 kPa보다 크고, N 원료 가스의 분압이 30 kPa보다도 큰 조건)으로 하면, 마스크층(2) 상에 GaN의 코어 결정(3)이 복수 형성되고, 각각의 코어 결정(3)으로부터 매트릭스 결정 영역에 있는 결정의 a축 방향과 방향이 다른 a축을 갖는 결정이 성장하여 다결정 영역(13m)이 형성된다.
다음에, 상기한 바와 같이 하여 얻은 GaN 결정(5)을 하지 기판의 주요면과 평행한 면(10u, 10d)에서 슬라이스하고, 그 결정 성장면 및/또는 이면을 연마 및/또는 에칭에 의해 처리하여, GaN 결정 기판(10)을 얻을 수 있다.
또한, 본 발명에 있어서의 면 조도 측정은 면 조도가 작은 면에 대해서는 광간섭식 측정 장치를 이용하고, 면 조도가 큰 면에 대해서는 3D-SEM을 이용하여, 모두 기준 면적으로서 100 ㎛×100 ㎛인 정사각형 범위에서 측정을 행하였다.
(실시예 1)
HVPE법에 의해, Ga 원료 가스인 GaCl 가스의 분압이 2.5 kPa, N 원료 가스인 NH3 가스의 분압이 15 kPa인 조건으로, 하지 기판인 직경 50.8 mm, 두께 350 ㎛의 사파이어 기판 상에 직경 50.8 mm, 두께 3 mm의 GaN 결정을 성장시켰다. 이 GaN 결정을 하지 기판의 주요면과 평행하게 슬라이스하여, 도 1a 내지 도 1c에 도시한 직 경 50 mm, 두께 400 ㎛의 GaN 결정 기판(10)을 제작하였다.
얻은 GaN 결정 기판(10)의 이면(10r) 및 결정 성장면(10c)을 이하와 같이 하여 처리하였다. 이면의 처리로서는 입경 40 ㎛인 SiC 지립을 본드로 고정한 고정 지립을 이용하여 연삭하였다(연삭 공정). 결정 성장면의 처리로서는, 입경 40 ㎛인 SiC 지립을 본드로 고정한 고정 지립을 이용하여 연삭하고(연삭 공정), 입경 6 ㎛인 SiC 지립을 이용하여 연마하며(거친 연마 공정), 계속해서 입경 2 ㎛인 SiC 지립을 이용하여 연마하였다(미세 연마 공정).
상기한 바와 같이하여, 결정 성장면의 조도 Ra(C)가 7 nm, 이면의 조도 Ra(R)가 3 ㎛, Ra(R)/Ra(C)이 약 430인 GaN 결정 기판을 얻을 수 있었다. 이 GaN 결정 기판은 결정 성장면과 이면의 광택이 다르며, 육안으로 용이하게 표리의 식별을 할 수 있었다.
(실시예 2)
도 2a 내지 도 2c를 참조하면, 실시예 1에서 얻은 GaN 결정 기판(10)의 이면(10r)에, CO2 레이저를 이용하여 임의로 특정되는 결정 방위(10a)로서 <11-20> 방향과 평행하게 폭(W)이 100 ㎛, 깊이(D)가 25 ㎛, 길이(L)가 10 mm인 직선형의 홈인 레이저 마크(12)를 형성하였다. 본 실시예의 GaN 결정 기판에 있어서는, 육안으로 표리의 식별이 가능한 것과 함께 레이저 마크(12)에 의해 육안으로 GaN 결정 기판(10)의 결정 방위의 식별이 가능해졌다.
(실시예 3)
도 3a 내지 도 3c 및 도 10을 참조하면, 하지 기판(1)인 직경 50.8 mm, 두께 350 ㎛의 사파이어 기판 상에 스퍼터법 및 포토리소그래피법에 의해 도 3a와 동일한 형상으로 패턴화된 마스크층(2)으로서, 폭(W)이 100 ㎛이며, 길이(L)가 10 mm인 사각 형상의 비결정질 SiO2층을 형성하였다. 다음에, 상기한 형상으로 패턴화된 비결정질 SiO2층[마스크층(2)]이 형성된 사파이어 기판[하지 기판(1)] 상에, HVPE법에 의해 Ga 원료 가스인 GaCl 가스의 분압이 2.5 kPa, N 원료 가스인 NH3 가스의 분압이 15 kPa인 조건으로 직경 50.8 mm이며, 두께 3 mm인 GaN 결정(5)을 성장시켰다.
이 GaN 결정(5)에 있어서는, 사파이어 기판[하지 기판(1)] 상에 매트릭스 결정 영역(11)이 성장하고, 비결정질 SiO2층[마스크층(2)] 상에는 이방위 결정 영역(13)으로서 도 3a 내지 도 3c 및 도 10에 도시한 바와 같은 결정 표면에 나타나는 형상의 폭(W)이 95 ㎛이며, 길이(L)가 10 mm인 사각 형상의 c축 반전 결정 영역(13t)이 성장하였다.
얻은 GaN 결정(5)을 실시예 1과 동일하게 하여, 하지 기판(1)의 주요면과 평행하게 슬라이스하고, 직경 50 mm, 두께 400 ㎛의 GaN 결정 기판(10)을 제작하였다. 얻은 GaN 결정 기판(10)에 있어서는, 이방위 결정 영역(13)은 GaN 결정 기판(10)의 두께 방향으로 관통하고 있으며, 결정 성장면(10c)과 이면(10r)에 각각 나타나는 이방위 결정 영역(13)의 제1 패턴(P1)과 제2 패턴(P2)이 GaN 결정 기판(10)의 외형에 관해서 서로 동일하였다.
여기서, 일반적으로 이방위 결정 영역(13)[본 실시예에서는 c축 반전 결정 영역(13t)]의 결정 성장 속도는 매트릭스 결정 영역(11)에 비해서 작기 때문에, GaN 결정의 성장 두께가 커짐에 따라 결정 표면에 나타나는 이방위 결정 영역(13)의 폭(W)은 서서히 작아지는 경향이 있다. 그러나, 두께가 400 ㎛ 정도인 GaN 결정 기판(10)에 있어서는, 결정 성장면(10c)에 나타나는 이방위 결정 영역(13)의 폭과 이면(10r)에 나타나는 이방위 결정 영역(13)의 폭은 대략 동일해진다. 이러한 점에 대해서는 다른 실시예에 대해서도 동일하다.
얻은 GaN 결정 기판의 이면 및 결정 성장면에 대해서 실시예 1과 동일한 처리를 행함으로써, 결정 성장면(10c)의 면 조도 Ra(C)가 7 nm, 이면의 면 조도 Ra(R)가 3 ㎛, Ra(R)/Ra(C)이 약 430인 GaN 결정 기판을 얻을 수 있었다. 이 GaN 결정 기판은 결정 성장면(10c)과 이면(10r)의 광택이 다르며, 육안으로 용이하게 표리의 식별을 할 수 있었다.
또한, 본 실시예의 GaN 결정 기판에 있어서는 육안으로 표리의 식별이 가능한 것과 함께, 이방위 결정 영역(13)[c축 반전 결정 영역(13t)]의 형상에 의해 육안으로 GaN 결정 기판(10)의 결정 방위의 식별이 가능해졌다.
(실시예 4)
도 4a 내지 도 4c 및 도 10을 참조하면, 하지 기판(1)인 직경 50.8 mm, 두께 350 ㎛의 사파이어 기판 상에 스퍼터법 및 포토리소그래피법에 의해 도 4a와 동일한 형상으로 패턴화된 마스크층(2)으로서, 폭(W)이 100 ㎛, 길이(L1)가 4 mm인 사각 형상의 비결정질 SiO2층과, 폭(W)이 100 ㎛, 길이(L3)가 9 mm인 사각 형상의 비결정질 SiO2층을 형성하였다. 여기서, 상기 2개의 비결정질 SiO2층은 이들의 길이 방향으로 길이(L2)가 2 mm인 간격을 두도록 하였다. 다음에, 상기한 형상으로 패턴화된 비결정질 SiO2층[마스크층(2)]이 형성된 사파이어 기판[하지 기판(1)] 상에, HVPE법에 의해 Ga 원료 가스인 GaCl 가스의 분압이 2.5 kPa, N 원료 가스인 NH3 가스의 분압이 15 kPa인 조건으로 직경 50.8 mm, 두께 3 mm의 GaN 결정(5)을 성장시켰다.
이 GaN 결정(5)에 있어서는, 사파이어 기판[하지 기판(1)] 상에 매트릭스 결정 영역(11)이 성장하고, 비결정질 SiO2층[마스크층(2)] 상에는 이방위 결정 영역(13)으로서 도 4a 내지 도 4c 및 도 10에 도시한 바와 같은 결정 표면에 나타나는 형상이 폭(W)이 95 ㎛, 길이(L1)가 4 mm인 사각 형상 및 폭(W)이 95 ㎛이며, 길이(L3)가 9 mm인 사각 형상의 c축 반전 결정 영역(13t)이 성장하였다. 여기서, 상기 2개의 이방위 결정 영역(13)[c축 반전 결정 영역(13t)]은 이들의 길이 방향으로 길이(L2)가 2 mm인 간격을 두고 있었다.
얻은 GaN 결정(5)을 실시예 1과 동일하게 하여, 하지 기판의 주요면과 평행하게 슬라이스하고, 직경 50 mm, 두께 400 ㎛의 GaN 결정 기판(10)을 제작하였다. 얻은 GaN 결정 기판(10)에 있어서는, 이방위 결정 영역(13)[c축 반전 결정 영역(13t)]은 GaN 결정 기판(10)의 두께 방향으로 관통하고 있으며, GaN 결정 기 판(10)의 결정 성장면(10c)과 이면(10r)에 각각 나타나는 이방위 결정 영역(13)의 제1 패턴(P1)과 제2 패턴(P2)이 GaN 결정 기판(10)의 외형에 관해서 서로 달랐다.
얻은 GaN 결정 기판(10)의 이면(10r) 및 결정 성장면(10c)에 대해서 실시예 1과 동일한 처리를 행함으로써, 결정 성장면의 조도 Ra(C)가 1.5 nm, 이면의 조도 Ra(R)가 3 ㎛, Ra(R)/Ra(C)이 2000인 GaN 결정 기판을 얻을 수 있었다. 이 GaN 결정 기판은 결정 성장면과 이면의 광택이 다르며, 육안으로 용이하게 표리의 식별을 할 수 있었다.
또한, 본 실시예의 GaN 결정 기판에 있어서는 육안으로 표리의 식별이 가능한 것과 함께, 이방위 결정 영역(13)[c축 반전 결정 영역(13t)]의 형상에 의해 육안으로 GaN 결정 기판(10)의 결정 방위의 식별이 가능해졌다. 또한 본 실시예에 있어서는, GaN 결정 기판(10)의 결정 성장면(10c)과 이면(10r)에 각각 나타나는 이방위 결정 영역(13)의 제1 패턴(P1)과 제2 패턴(P2)이 GaN 결정 기판(10)의 외형에 관해서 서로 다르기 때문에, 면 조도(Ra)[결정 성장면(10c)의 조도 Ra(C) 및 이면(10r)의 조도 Ra(R)]에 의해서는 기판 표리의 식별을 할 수 없는 경우에도 기판의 표리 및 결정 방위의 식별이 가능해진다.
(실시예 5)
사파이어 기판 상에 형성한 마스크층을 Ni층으로 하고, HVPE법에 의해 GaN 결정을 성장시킬 때의 조건을, Ga 원료 가스인 GaCl 가스의 분압이 2.5 kPa, N 원 료가스인 NH3 가스의 분압이 25 kPa인 조건으로 한 것 이외에는, 실시예 3과 동일하게 하여 직경 50.8 mm, 두께 3 mm의 GaN 결정(5)을 성장시켰다.
이 GaN 결정(5)에 있어서는, 사파이어 기판[하지 기판(1)] 상에 매트릭스 결정 영역(11)이 성장하고, 비결정질 SiO2층[마스크층(2)] 상에는 이방위 결정 영역(13)으로서 도 3a 내지 도 3c 및 도 11에 도시한 바와 같은 결정 표면에 나타나는 형상이, 폭(W)이 95 ㎛, 길이(L)가 10 mm인 사각 형상의 다결정 영역(13m)이 성장하였다.
얻은 GaN 결정(5)으로부터, 실시예 3과 동일하게 하여 직경 50 mm이며, 두께 400 ㎛인 GaN 결정 기판(10)을 제작하였다. 여기서, 얻은 GaN 결정 기판(10)에 있어서는, 이방위 결정 영역(13)[다결정 영역(13m)]은 GaN 결정 기판(10)의 두께 방향으로 관통하고 있으며, 결정 성장면(10c) 및 이면(10r)에 각각 나타나는 이방위 결정 영역(13)의 제1 패턴(P1)과 제2 패턴(P2)이 GaN 결정 기판(10)의 외형에 관해서 서로 동일하였다.
여기서, 일반적으로 이방위 결정 영역(13)[본 실시예에서는 다결정 영역(13m)]의 결정 성장 속도는 매트릭스 결정 영역(11)에 비해서 작기 때문에, GaN 결정의 성장 두께가 커짐에 따라 결정 표면에 나타나는 이방위 결정 영역(13)의 폭(W)은 서서히 작아지는 경향이 있다. 그러나, 두께가 400 ㎛ 정도의 GaN 결정 기판(10)에 있어서는 결정 성장면(10c)에 나타나는 이방위 결정 영역(13)의 폭과 이면(10r)에 나타나는 이방위 결정 영역(13)의 폭은 대략 동일해진다. 이러한 점에 대해서는 다른 실시예에 대해서도 동일하다.
얻은 GaN 결정 기판에 있어서는, 육안으로 표리의 식별이 가능한 것과 함께, 이방위 결정 영역(13)[다결정 영역(13m)]의 형상에 의해 육안으로 GaN 결정 기판(10)의 결정 방위의 식별이 가능해졌다.
(실시예 6)
HVPE법에 의해 GaN 결정을 성장시킬 때의 조건을, Ga 원료 가스인 GaCl 가스의 분압이 2.5 kPa, N 원료 가스인 NH3 가스의 분압이 25 kPa인 조건으로 한 것외에는, 실시예 4와 동일하게 하여 직경 50.8 mm, 두께 3 mm의 GaN 결정(5)을 성장시켰다.
이 GaN 결정(5)에 있어서는, 사파이어 기판[하지 기판(1)] 상에 매트릭스 결정 영역(11)이 형성되고, 비결정질 SiO2층[마스크층(2)] 상에는 이방위 결정 영역(13)으로서, 도 4a 내지 도 4c 및 도 11에 도시한 바와 같은 결정 표면에 나타나는 형상이, 폭(W)이 95 ㎛이며, 길이(L1)가 4 mm인 사각 형상 및 폭(W)이 95 ㎛이며, 길이(La)가 9 mm인 사각 형상의 다결정 영역(13m)이 성장하였다. 여기서, 상기 2개의 이방위 결정 영역(13)[다결정 영역(13m)]은 이들의 길이 방향으로 길이(L2)가 2 mm인 간격을 두고 있었다.
얻은 GaN 결정(5)으로부터, 실시예 4와 동일하게 하여 직경 50 mm, 두께 400 ㎛의 GaN 결정 기판(10)을 제작하였다. 여기서, 얻은 GaN 결정 기판(10)에 있어서는, 이방위 결정 영역(13)[다결정 영역(13m)]은 GaN 결정 기판(10)의 두께 방향으 로 관통하고 있으며, 결정 성장면(10c) 및 이면(10r)에 각각 나타나는 이방위 결정 영역(13)의 제1 패턴(P1)과 제2 패턴(P2)이 GaN 결정 기판(10)의 외형에 관해서 서로 달랐다.
얻은 GaN 결정 기판에 있어서는, 육안으로 표리의 식별이 가능한 것과 함께, 이방위 결정 영역(13)[다결정 영역(13m)]의 형상에 의해 육안으로 GaN 결정 기판(10)의 결정 방위의 식별이 가능해졌다. 또한, 본 실시예에 있어서는 GaN 결정 기판(10)의 결정 성장면(10c)과 이면(10r)에 각각 나타나는 이방위 결정 영역(13)의 제1 패턴(P1)과 제2 패턴(P2)이 GaN 결정 기판(10)의 외형에 관해서 서로 다르기 때문에, 면 조도(Ra)[결정 성장면(10c)의 조도 Ra(C) 및 이면(10r)의 조도 Ra(R)]에 의해서는 기판 표리의 식별을 할 수 없는 경우에도 기판의 표리 및 결정 방위의 식별이 가능해진다.
또한, 면 조도(Ra)[결정 성장면(10c)의 조도 Ra(C) 및 이면(10r)의 조도 Ra(R)]에 의해서는 기판 표리의 식별을 할 수 없는 GaN 결정 기판(10)에 있어서, 이방위 결정 영역(13)이 GaN 결정 기판(10)의 두께 방향으로 관통하고 있으며, GaN 결정 기판(10)의 결정 성장면(10c)과 이면(10r)에 각각 나타나는 이방위 결정 영역(13)의 제1 패턴(P1)과 제2 패턴(P2)이 GaN 결정 기판(10)의 외형에 관해서 서로 다르면, 기판의 표리 및 결정 방위의 식별이 가능해지는 것에 대해서 이하의 실시예에 기초하여 설명한다.
또한, 이면이 질소면인 경우, 상기한 연삭 등의 방법 이외에도 질소면이 갈륨면과 비교하여 에칭되기 쉬운 것을 이용하여, 면에 요철을 형성할 수 있다. 여기서, 에칭제로서 NaOH, KOH 등을 이용함으로써, 상기와 동일한 효과를 얻을 수 있는 것을 확인하였다.
(실시예 7)
도 3a 내지 도 3c, 도 10 및 도 11을 참조하면, 실시예 3 또는 실시예 5와 동일하게 하여 성장된 GaN 결정(5)으로부터 하지 기판(1)의 주요면에 평행한 면(10u, 10d)에서 슬라이스된 GaN 결정 기판(10)에 있어서는, 이방위 결정 영역(13)이 기판의 두께 방향으로 관통하고 있으며, 기판의 결정 성장면(10c)과 이면(10r)에 각각 나타나는 이방위 결정 영역(13)의 제1 패턴(P1)과 제2 패턴(P2)이 기판의 외형에 관해서 서로 동일하다. 이 GaN 결정 기판(10)의 결정 성장면(10c) 및 이면(10r)의 처리를 입경 40 ㎛인 SiC 지립을 본드로 고정한 고정 지립을 이용하여 연삭하고(연삭 공정), 입경 5 ㎛인 SiC 지립을 이용하여 연마하며(거친 연마 공정), 입경 1 ㎛인 Al2O3 지립을 이용하여 연마하였다(미세 연마 공정).
상기한 결정 성장면(10c) 및 이면(10r)의 처리에 의해 얻은 GaN 결정 기판(10)의 결정 성장면(10c)의 조도 Ra(C)는 1.5 nm, 이면(10r)의 조도 Ra(R)는 1.5 nm이며, 면 조도(Ra)에 의해서는 기판 표리의 식별을 할 수 없었다. 또한, 이 GaN 결정 기판(10)에 있어서는, 기판의 결정 성장면(10c)과 이면(10r)에 각각 나타나는 이방위 결정 영역(13)의 제1 패턴(P1)과 제2 패턴(P2)이 기판의 외형에 관해서 서로 동일하기 때문에, 이방위 결정 영역(13)의 형상에 의해 기판의 결정 방위를 식별할 수 있지만, 기판의 표리를 식별할 수는 없었다.
(실시예 8)
도 4a 내지 도 4c, 도 10 및 도 11을 참조하면, 실시예 4 또는 실시예 6과 동일하게 하여 성장된 GaN 결정(5)으로부터 하지 기판(1)의 주요면과 평행한 면(10u, 10d)에서 슬라이스된 GaN 결정 기판(10)에 있어서는, 이방위 결정 영역(13)이 기판의 두께 방향으로 관통하고 있으며, 기판의 결정 성장면(10c)과 이면(10r)에 각각 나타나는 이방위 결정 영역(L3)의 제1 패턴(P1)과 제2 패턴(P2)이 기판의 외형에 관해서 서로 다르다. 이 GaN 결정 기판(10)의 결정 성장면(10c) 및 이면(10r)의 처리를 실시예 7과 동일하게 행하였다.
이 처리후의 GaN 결정 기판(10)의 결정 성장면(10c)의 조도 Ra(C)는 1.5 nm, 이면(10r)의 조도 Ra(R)는 1.5 nm이며, 면 조도(Ra)에 의해서는 기판 표리의 식별을 할 수 없었다. 그러나, 이 GaN 결정 기판(10)에 있어서는 이방위 결정 영역(13)의 형상에 의해 기판의 결정 방위를 식별할 수 있는 동시에, 기판의 결정성장면(10c)과 이면(10r)에 각각 나타나는 이방위 결정 영역(13)의 제1 패턴(P1)과 제2 패턴(P2)이 기판의 외형에 관해서 서로 다르기 때문에, 기판의 표리를 식별할 수 있었다.
(실시예 9)
도 5a 내지 도 5c 및 도 10을 참조하면, 하지 기판(1)인 직경 50.8 mm, 두께 350 ㎛의 사파이어 기판 상에 스퍼터법 및 포토리소그래피법에 의해 도 5a와 동일한 형상으로 패턴화된 마스크층(2)으로서, 밑변폭(W)이 40 ㎛이며, 높이(L)가 10 mm인 이등변 삼각 형상의 비결정질 SiO2층을 형성하였다. 여기서, 이 이등변 삼각형 길이 방향의 중심선(13k)이, 임의로 특정되는 결정 방위(10a)로서 성장시키는 GaN 결정의 <11-20> 방향과 평행해지도록 비결정질 SiO2층이 형성되었다. 다음에, 상기한 형상으로 패턴화된 비결정질 SiO2층[마스크층(2)]이 형성된 사파이어 기판[하지 기판(1)] 상에, HVPE법에 의해 Ga 원료 가스인 GaCl 가스의 분압이 2.5 kPa, N 원료 가스인 NH3 가스의 분압이 15 kPa인 조건으로 직경 50.8 mm이며, 두께 3 mm인 GaN 결정(5)을 성장시켰다.
이 GaN 결정(5)에 있어서는, 사파이어 기판[하지 기판(1)] 상에 매트릭스 결정 영역(11)이 성장하고, 비결정질 SiO2층[마스크층(2)] 상에는 이방위 결정 영역(13)으로서 도 5a 내지 도 5c 및 도 10에 도시한 바와 같은 결정 표면에 나타나는 형상이 저면 폭(W)이 35 ㎛이며, 높이(L)가 10 mm인 이등변 삼각 형상의 c축 반전 결정 영역(13t)이 성장하였다. 이 이방위 결정 영역(13)[c축 반전 결정 영역(13t)]의 길이 방향의 중심선(13k)은 <11-20> 방향과 평행하였다.
얻은 GaN 결정(5)을 실시예 1과 동일하게 하여, 하지 기판(1)의 주요면과 평행하게 슬라이스하고, 직경 50 mm, 두께 400 ㎛의 GaN 결정 기판(10)을 제작하였 다. 얻은 GaN 결정 기판(10)에 있어서는, 이방위 결정 영역(13)은 GaN 결정 기판(10)의 두께 방향으로 관통하고 있으며, 결정 성장면(10c)과 이면(10r)에 각각 나타나는 이방위 결정 영역(13)의 제1 패턴(P1)과 제2 패턴(P2)이 GaN 결정 기판(10)의 외형에 관해서 서로 달랐다.
여기서, 일반적으로 이방위 결정 영역(13)[본 실시예에 있어서는, c축 반전 결정 영역(13t)]의 결정 성장 속도는 매트릭스 결정 영역(11)에 비해서 작기 때문에, GaN 결정의 성장 두께가 커짐에 따라 결정 표면에 나타나는 이방위 결정 영역(13)의 폭(W)은 서서히 작아지는 경향이 있다. 그러나, 두께가 400 ㎛ 정도인 GaN 결정 기판(10)에 있어서는 결정 성장면(10c)에 나타나는 이방위 결정 영역(13)의 폭과 이면(10r)에 나타나는 이방위 결정 영역(13)의 폭은 대략 동일해진다. 이러한 점에 대해서는 다른 실시예에 대해서도 동일하다.
얻은 GaN 결정 기판의 이면 및 결정 성장면에 대해서 실시예 7과 동일한 처리를 행하였다. 이러한 처리후의 GaN 결정 기판에 있어서는, 결정 성장면(10c)의 조도 Ra(C)가 1.7 nm, 이면의 조도 Ra(R)가 1.8 nm이며, 면 조도(Ra)에 의해서는 기판의 표리 식별을 할 수 없었다. 그러나, 이 GaN 결정 기판(10)에 있어서는 이방위 결정 영역(13)의 형상에 의해 기판의 결정 방위를 식별할 수 있는 동시에, 기판의 결정 성장면(10c)과 이면(10r)에 각각 나타나는 이방위 결정 영역(13)의 제1 패턴(P1)과 제2 패턴(P2)이 기판의 외형에 관해서 서로 다르기 때문에, 기판의 표리를 식별할 수 있었다.
(실시예 10)
도 6a 내지 도 6c 및 도 10을 참조하면, 하지 기판(1)인 직경 50.8 mm, 두께 350 ㎛의 사파이어 기판 상에 스퍼터법 및 포토리소그래피법에 의해 도 6a와 동일한 형상으로 패턴화된 마스크층(2)으로서, 폭(W)이 30 ㎛이며, 길이(L)가 5 mm인 사각 형상의 비결정질 SiO2층을 형성하였다. 여기서, 이 사각형의 길이 방향의 중심선(13k)이, 임의로 특정되는 결정 방위(10a)로서 성장시키는 GaN 결정의 <1-100> 방향과 평행해지도록 비결정질 SiO2층이 형성되었다. 다음에, 상기한 형상으로 패턴화된 비결정질 SiO2층[마스크층(2)]이 형성된 사파이어 기판[하지 기판(1)] 상에 실시예 9와 동일하게 하여 직경 50.8 mm, 두께 3 mm의 GaN 결정(5)을 성장시켰다.
이 GaN 결정(5)에 있어서는, 사파이어 기판[하지 기판(1)] 상에 매트릭스 결정 영역(11)이 성장하고, 비결정질 SiO2층[마스크층(2)] 상에는 이방위 결정 영역(13)으로서, 도 6a 내지 도 6c 및 도 10에 도시한 바와 같은 결정 표면에 나타나는 형상이 폭(W)이 25 ㎛이며, 길이(L)가 5 mm인 사각 형상의 c축 반전 결정 영역(13t)이 성장하였다. 이 이방위 결정 영역(13)[c축 반전 결정 영역(13t)]의 길이 방향 중심선(13k)은 <1-100> 방향과 평행하였다.
얻은 GaN 결정(5)을 실시예 1과 동일하게 하여, 하지 기판(1)의 주요면에 평행하게 슬라이스하고, 직경 50 mm이며, 두께 400 ㎛인 GaN 결정 기판(10)을 제작하였다. 얻은 GaN 결정 기판(10)에 있어서는, 이방위 결정 영역(13)은 GaN 결정 기판(10)의 두께 방향으로 관통하고 있으며, 결정 성장면(10c)과 이면(10r)에 각각 나타나는 이방위 결정 영역(13)의 제1 패턴(P1)과 제2 패턴(P2)이 GaN 결정 기판(10)의 외형에 관해서 서로 달랐다.
얻은 GaN 결정 기판의 이면 및 결정 성장면에 대해서 실시예 7과 동일한 처리를 행하였다. 이러한 처리후의 GaN 결정 기판에 있어서는, 결정 성장면(10c)의 조도 Ra(C)가 1.7 nm, 이면의 조도 Ra(R)이 1.8 nm이며, 면 조도(Ra)에 의해서는 기판 표리의 식별을 할 수 없었다. 그러나, 이 GaN 결정 기판(10)에 있어서는, 이방위 결정 영역(13)의 형상에 의해 기판의 결정 방위를 식별할 수 있는 동시에, 기판의 결정 성장면(10c)과 이면(10r)에 각각 나타나는 이방위 결정 영역(13)의 제1 패턴(P1)과 제2 패턴(P2)이 기판의 외형에 관해서 서로 다르기 때문에, 기판의 표리를 식별할 수 있었다.
(실시예 11)
도 7a 내지 도 7d 및 도 10을 참조하면, 하지 기판(1)인 직경 50.8 mm, 두께 350 ㎛의 사파이어 기판 상에 스퍼터법 및 포토리소그래피법에 의해 도 7a와 동일한 형상으로 패턴화된 마스크층(2)으로서, 폭(W1)이 20 ㎛인 정방형 및 폭(W2)이 40 ㎛인 정방형의 비결정질 SiO2층을 형성하였다. 여기서, 이 2개의 비결정질 SiO2층의 중심 사이의 거리(L)는 10 mm이며, 이 2개의 비결정질 SiO2층의 중심을 지나는 중심선(13k)이, 임의로 특정되는 결정 방위(10a)로서 성장시키는 GaN 결정의 <1-100> 방향과 평행해지도록 비결정질 SiO2가 형성되었다. 다음에, 상기한 형상으로 패턴화 된 비결정질 SiO2층[마스크층(2)]이 형성된 사파이어 기판[하지 기판(1)] 상에 실시예 9와 동일하게 하여, 직경 50.8 ㎜, 두께 3 mm의 GaN 결정(5)을 성장시켰다.
이 GaN 결정(5)에 있어서는, 사파이어 기판[하지 기판(1)] 상에 매트릭스 결정 영역(11)이 성장하고, 비결정질 SiO2층[마스크층(2)] 상에는 이방위 결정 영역(13)으로서 도 7a 내지 도 7d 및 도 10에 도시한 바와 같은 결정 표면에 나타나는 형상이, 폭(W1)이 15 ㎛인 정방형 및 폭(W2)이 35 ㎛인 정방형의 c축 반전 결정 영역(13t)이 성장하였다. 여기서, 이 2개의 이방위 결정 영역(13)[c축 반전 결정 영역(13t)]의 중심 사이의 거리(L)는 10 mm이며, 이 2개의 이방위 결정 영역(13)의 중심을 지나는 중심선(13k)은 GaN 결정의 <1-100> 방향과 평행하였다.
얻은 GaN 결정(5)을 실시예 1과 동일하게 하여, 하지 기판(1)의 주요면과 평행하게 슬라이스하고, 직경 50 mm, 두께 400 ㎛의 GaN 결정 기판(10)을 제작하였다. 얻은 GaN 결정 기판(10)에 있어서는, 이방위 결정 영역(13)은 GaN 결정 기판(10)의 두께 방향으로 관통하고 있으며, 결정 성장면(10c)과 이면(10r)에 각각 나타나는 이방위 결정 영역(13)의 제1 패턴(P1)과 제2 패턴(P2)이 GaN 결정 기판(10)의 외형에 관해서 서로 달랐다.
얻은 GaN 결정 기판의 이면 및 결정 성장면에 대해서 실시예 7과 동일한 처리를 행하였다. 이러한 처리후의 GaN 결정 기판에 있어서는, 결정 성장면(10c)의 조도 Ra(C)가 1.7 nm, 이면의 조도 Ra(R)가 1.8 nm이며, 면 조도(Ra)에 의해서는 기판 표리의 식별을 할 수 없었다. 그러나, 이 GaN 결정 기판(10)에 있어서는 이방위 결정 영역(13)의 형상에 의해 기판의 결정 방위를 식별할 수 있는 동시에, 기판의 결정 성장면(10c)과 이면(10r)에 각각 나타나는 이방위 결정 영역(13)의 제1 패턴(P1)과 제2 패턴(P2)이 기판의 외형에 관해서 서로 다르기 때문에, 기판의 표리를 식별할 수 있었다.
(실시예 12)
도 8a 내지 도 8d 및 도 10을 참조하면, 하지 기판(1)인 직경 50.8 mm, 두께 350 ㎛의 사파이어 기판 상에, 스퍼터법 및 포토리소그래피법에 의해 도 8a와 동일한 형상으로 패턴화된 마스크층(2)으로서, 직경(W1)이 20 ㎛인 원형 및 직경(W2)이 50 ㎛인 원형의 비결정질 SiO2층을 형성하였다. 여기서, 이 2개의 비결정질 SiO2층의 중심 사이의 거리(L)는 10 mm이며, 이 2개의 비결정질 SiO2층의 중심을 지나는 중심선(13k)이, 임의로 특정되는 결정 방위(10a)로서 성장시키는 GaN 결정의 <11-20> 방향으로 평행해지도록 비결정질 SiO2층이 형성되었다. 다음에, 상기한 형상으로 패턴화된 비결정질 SiO2층[마스크층(2)]이 형성된 사파이어 기판[하지 기판(1)] 상에 실시예 9와 동일하게 하여, 직경 50.8 mm, 두께 3 mm의 GaN 결정(5)을 성장시켰다.
이 GaN 결정(5)에 있어서는, 사파이어 기판[하지 기판(1)] 상에 매트릭스 결정 영역(11)이 성장하고, 비결정질 SiO2층[마스크층(2)] 상에는 이방위 결정 영 역(13)으로서 도 8a 내지 도 8d 및 도 10에 도시한 바와 같은 결정 표면에 나타나는 형상이 직경(W1)이 15 ㎛인 원형 및 직경(W2)이 45 ㎛인 원형의 c축 반전 결정 영역(13t)이 성장하였다. 여기서, 이 2개의 이방위 결정 영역(13)[c축 반전 결정 영역(13t)] 중심 사이의 거리(L)는 10 mm이며, 이 2개의 이방위 결정 영역(13)의 중심을 지나는 중심선(13k)은 GaN 결정의 <11-20> 방향과 평행하였다.
얻은 GaN 결정(5)을 실시예 1과 동일하게 하여, 하지 기판(1)의 주요면과 평행하게 슬라이스하고, 직경 50 mm, 두께 400 ㎛의 GaN 결정 기판(10)을 제작하였다. 얻은 GaN 결정 기판(10)에 있어서는, 이방위 결정 영역(13)은 GaN 결정 기판(10)의 두께 방향으로 관통하고 있으며, 결정 성장면(10c)과 이면(10r)에 각각 나타나는 이방위 결정 영역(13)의 제1 패턴(P1)과 제2 패턴(P2)이 GaN 결정 기판(10)의 외형에 관해서 서로 달랐다.
얻은 GaN 결정 기판의 이면 및 결정 성장면에 대해서 실시예 7과 동일한 처리를 행하였다. 이러한 처리후의 GaN 결정 기판에 있어서는, 결정 성장면(10c)의 조도 Ra(C)가 1.7 nm, 이면의 조도 Ra(R)가 1.8 nm이며, 면 조도(Ra)에 의해서는 기판 표리의 식별을 할 수 없었다. 그러나, 이 GaN 결정 기판(10)에 있어서는 이방위 결정 영역(13)의 형상에 의해 기판의 결정 방위를 식별할 수 있는 동시에, 기판의 결정 성장면(10c)과 이면(10r)에 각각 나타나는 이방위 결정 영역(13)의 제1 패턴(P1)과 제2 패턴(P2)이 기판의 외형에 관해서 서로 다르기 때문에, 기판의 표리를 식별 할 수는 없었다.
본 발명을 예를 들어 상세히 설명하였지만, 이러한 설명은 단지 설명과 예일뿐인 것으로, 본 발명을 제한하고자 하는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 제한되는 것임을 명백히 이해해야 한다.
본 발명에 따르면, GaN 결정 기판 상에 성장시키는 반도체층의 모폴로지를 저하시키지 않고, 기판의 표리 및 결정 방위를 식별할 수 있는 GaN 결정 기판이 제공된다.

Claims (6)

  1. GaN 결정 기판 위에 결정을 성장시키는 결정 성장면(10c)과, 이 결정 성장면(10c) 반대측의 이면(10r)을 갖고,
    상기 결정 성장면(10c)의 조도(粗度) Ra(C)가 10 nm 이하이며,
    상기 이면(10r)의 조도 Ra(R)가 0.5 ㎛ 이상 10 ㎛ 이하이고,
    상기 면 조도 Ra(C)에 대한 면 조도 Ra(R)의 비 Ra(R)/Ra(C)가 50 이상인 것인 GaN 결정 기판.
  2. 제1항에 있어서, 상기 이면(10r)에 형성되어 있는 레이저 마크(12)를 더 포함하고,
    상기 레이저 마크(12)는 임의로 특정되는 결정 방위를 나타내도록 형성되어 있는 것인 GaN 결정 기판.
  3. 매트릭스 결정 영역(11)과, 이 매트릭스 결정 영역(11)의 결정에 대하여 적어도 하나의 결정축이 다른 결정을 함유하는 이방위(異方位) 결정 영역(13)을 포함하고,
    상기 이방위 결정 영역(13)의 형상은 임의로 특정되는 결정 방위(10a)를 나타내도록 형성되어 있는 것인 GaN 결정 기판.
  4. 제3항에 있어서, 상기 이방위 결정 영역(13)은 상기 기판의 두께 방향으로 관통하고 있으며,
    상기 기판은, 그 위에 결정을 성장시키는 결정 성장면(10c)과, 이 결정 성장면(10c) 반대측의 이면(10r)을 갖고,
    상기 기판의 결정 성장면(10c)과 이면(10r)에 각각 나타나는 이방위 결정 영역(13)의 제1 패턴과 제2 패턴이 상기 기판의 외형에 관해서 서로 다른 것인 GaN 결정 기판.
  5. 제3항에 있어서, 상기 이방위 결정 영역(13)은, 매트릭스 결정 영역(11)의 결정에 대하여 a축 방향이 동일하며, c축 방향이 반전되어 있는 결정으로 형성되어 있는 c축 반전 결정 영역(13t)인 것인 GaN 결정 기판.
  6. 제3항에 있어서, 상기 이방위 결정 영역(13)은, 매트릭스 결정 영역(11)의 결정에 대하여 a축 방향이 다르며, c축 방향이 동일한 결정을 복수 함유하는 다결정 영역(13m)인 것인 GaN 결정 기판.
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