TWI391542B - ＧａＮ結晶基板 - Google Patents

ＧａＮ結晶基板 Download PDF

Info

Publication number
TWI391542B
TWI391542B TW096109143A TW96109143A TWI391542B TW I391542 B TWI391542 B TW I391542B TW 096109143 A TW096109143 A TW 096109143A TW 96109143 A TW96109143 A TW 96109143A TW I391542 B TWI391542 B TW I391542B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
crystal
substrate
region
gan
gan crystal
Prior art date
Application number
TW096109143A
Other languages
English (en)
Other versions
TW200804634A (en
Inventor
Shunsuke Fujita
Hitoshi Kasai
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sumitomo Electric Industries filed Critical Sumitomo Electric Industries
Publication of TW200804634A publication Critical patent/TW200804634A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI391542B publication Critical patent/TWI391542B/zh

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
    • C30B29/40—AIIIBV compounds wherein A is B, Al, Ga, In or Tl and B is N, P, As, Sb or Bi
    • C30B29/403—AIII-nitrides
    • C30B29/406—Gallium nitride
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/20—Deposition of semiconductor materials on a substrate, e.g. epitaxial growth solid phase epitaxy
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
    • C30B25/02—Epitaxial-layer growth
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B33/00—After-treatment of single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/77—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate
    • H01L21/78—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices
    • H01L21/782—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices to produce devices, each consisting of a single circuit element
    • H01L21/786—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices to produce devices, each consisting of a single circuit element the substrate being other than a semiconductor body, e.g. insulating body
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S117/00—Single-crystal, oriented-crystal, and epitaxy growth processes; non-coating apparatus therefor
    • Y10S117/901—Levitation, reduced gravity, microgravity, space
    • Y10S117/902—Specified orientation, shape, crystallography, or size of seed or substrate

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)

Description

GaN結晶基板
本發明係關於使用於半導體裝置等之GaN結晶基板，詳言之，係關於可識別基板之表背面之GaN結晶基板。
GaN結晶基板廣泛被應用於發光裝置、電子裝置、半導體感測器等各種半導體裝置之基板。在此，係在結晶生長於GaN結晶基板之其上之面(又稱為結晶生長面或表面，以下同)側形成至少1層之半導體層，以形成半導體裝置。因此，為製作半導體裝置，有必要識別GaN結晶基板之表面及背面(稱為結晶生長面之相反側之面，以下同)。
又，將含GaN結晶基板及形成於其表面側之至少1層之半導體層之晶圓在特定之結晶方位分割時，可獲得各半導體裝置之晶片。因此，為製成半導體裝置，也有必要識別GaN結晶基板之結晶方位。
為識別GaN結晶基板之表背面，以往，至少需要形成2個定向平面。又，為識別GaN結晶基板之結晶方位，至少需要形成1個定向平面使其平行於基板之特定方向(例如，<1－100>方向)(例如參照日本特開2002－356398號公報)。
但，在使結晶生長於形成有此定向平面之GaN結晶基板之其上之面上磊晶生長半導體層時，會導致所生長之半導體層之厚度因基板之中央部與上述定向平面附近而異等之半導體層之表面波度降低。另一方面，在未形成此定向平面之GaN結晶基板中，雖無如上述生長之半導體層之表面波度降低之問題，但卻不能識別基板之表背面及/或結晶方位。
因此，過去一直希望能開發出不會降低生長於GaN結晶基板上之半導體層之表面波度，而可識別基板之表背面及/或結晶方位之GaN結晶基板。
本發明之目的之一在於提供不會降低生長於GaN結晶基板上之半導體層之表面波度，而可識別基板之表背面之GaN結晶基板。
本發明之目的亦在於提供不會降低生長於GaN結晶基板上之半導體層之表面波度，而可識別基板之結晶方位之GaN結晶基板。
本發明之GaN結晶基板係包含結晶生長面、及與該結晶生長面相反側之背面，結晶生長面之粗度Ra(C) 為10 nm以下，背面之粗度Ra(R) 為0.5 μm以上10 μm以下，對粗度Ra(C) 之粗度Ra(R) 之比Ra(R) /Ra(C) 為50以上。
本發明之GaN結晶基板係進一步包含形成於背面之雷射標記，此雷射標記係可形成可顯示任意特定之結晶方位。
又，本發明之GaN結晶基板係包含基質結晶區域及相對於基質結晶區域之結晶，含有至少1個結晶軸相異之結晶之異方位結晶區域，此異方位結晶區域之形狀形成可顯示任意特定之結晶方位。
本發明之GaN結晶基板之異方位結晶區域係貫通於基板之厚度方向，該基板係包含使結晶生長於其上之結晶生長面、及與該結晶生長面相反側之背面，分別顯現於該基板之結晶生長面與背面之異方位結晶區域之第1及第2圖案可在基板之外形中互異。在此，此異方位結晶區域係可利用對基質結晶區域之結晶，a軸方向相同而c軸方向反轉之結晶所形成之c軸反轉結晶區域。又，此異方位結晶區域係可構成含有複數對基質結晶區域之結晶，a軸方向相異而c軸方向相同之結晶之多結晶區域。
依據本發明，可提供不會降低生長於GaN結晶基板上之半導體層之表面波度，而可識別基板之表背面之GaN結晶基板。又，依據本發明，可提供可識別基板之結晶方位之GaN結晶基板。
本發明之上述及其他目的、特徵、局面及優點可由與附圖有關地施行之以下之本發明之詳細說明獲得更明確之瞭解。
(實施型態1)
參照圖1A~1C，本發明之GaN結晶基板之一實施型態之結晶生長面10c之粗度Ra(C) 為10 nm以下，結晶生長面10c之相反側之背面10r之粗度Ra(R) 為0.5 μm以上10 μm以下，對粗度Ra(C) 之粗度Ra(R) 之比Ra(R) /Ra(C) 為50以上。本實施型態之GaN結晶基板10不會降低生長於其上之半導體層之表面波度，而可利用目視容易識別基板之表背面。
在此，所謂面粗度Ra(指結晶生長面(10c)之粗度Ra(C) 及背面(10r)之粗度Ra(R) ，以下同)，係指由粗度曲面向其平均面方向抽取特定之基準面積，將由此抽取部分之平均面至測定曲面之偏差之絕對值合計而以基準面積將其平均之值。面粗度Ra係就面粗度較小之面，利用光干涉式之測定裝置等加以測定，就面粗度較大之面，利用3D－SEM(3維掃描型電子顯微鏡)等加以測定。
結晶生長面10c之粗度Ra(C) (以下又稱面粗度Ra(C) )大於10 nm時，成長於其上之半導體層之表面波度會降低，且與背面10r之粗度Ra(R) (以下又稱面粗度Ra(R) )之差會變小而欲以目視容易識別基板之表背面相當困難。在此，在現在之研磨技術中，面粗度Ra(C) 可縮小至0.1 nm程度。
背面10r之粗度Ra(R) 小於0.5 μm時，與結晶生長面10c之粗度Ra(C) 之差會變小而難以利用目視容易辨識基板之表背面，大於10 μm時，在GaN結晶基板之結晶生長面10c上生長半導體層之際，在GaN結晶基板之背面與感受器(指配置並加熱GaN結晶基板用之台，以下同)之間之接觸會不均勻，由感受器傳至GaN結晶基板之熱分布會不均勻而降低所生長之半導體層之表面波度。
對結晶生長面10c之粗度Ra(C) 之背面10r之粗度Ra(R) 之比Ra(R) /Ra(C) 小於50時，Ra(R) 與Ra(C) 之差變小，難以利用目視容易辨識基板之表背面。
(實施型態2)
參照圖2A~2C，本發明之GaN結晶基板之另一實施型態係與實施型態1之GaN結晶基板同樣，結晶生長面10c之粗度Ra(C) 為10 nm以下，結晶生長面10c之相反側之背面10r之粗度Ra(R) 為0.5 μm以上10 μm以下，面粗度Ra(R) 相對於面粗度Ra(C) 之比Ra(R) /Ra(C) 為50以上。因此，本實施型態之GaN結晶基板可利用目視容易識別基板之表背面。
進一步參照圖2A~2C，本發明之GaN結晶基板10係包含形成於其背面10r之雷射標記12，此雷射標記12係形成可顯示任意特定之結晶方位10a。此雷射標記12係形成於GaN結晶基板10之背面10r，故可使表面波度良好之半導體層生長於結晶生長面10c上。又，由於此雷射標記12係形成可顯示GaN結晶基板10之任意特定之結晶方位10a，故可識別GaN結晶基板10之任意特定之結晶方位10a。
在此，如參照圖2A~2C而顯示GaN結晶基板10之任意特定之結晶方位10a一般，形成雷射標記12之方法並無特別限制，作為GaN結晶基板10之任意特定之結晶方位10a，例如，以平行於<1－100>方向或<11－20>方向方式，在GaN結晶基板10之背面10r直線狀地形成雷射標記12時，及可分別識別<1－100>方向或<11－20>方向之結晶方位。
雷射標記12係形成於背面10r而非形成於結晶生長面10c，故形狀並無特別限制，但以寬度W為30 μm以上1000 μm以下、深度D為5 μm以上30 μm以下、長度L為5 mm以上20 mm以下為佳。寬度W小於30 μm時，難以利用目視判斷基板之表背面，大於1000 μm時，在基板之結晶生長面上生長磊晶結晶之際，在基板之背面10r與感受器(指保持基板之台，感受器表面接觸於基板之背面，具有加熱基板之功能。以下同)之接觸會惡化，難以獲得良好之磊晶結晶。深度D小於5 μm時，難以利用目視判斷基板之表背面，大於30 μm時，基板容易破裂。長度L小於5 mm時，在對正於特定方位之際，容易發生偏移，大於20 mm時，在基板之結晶生長面10c上生長磊晶結晶之際，在基板之背面10r與感受器之接觸會惡化，難以獲得良好之磊晶結晶。
又，在圖2A~2C中，雷射標記12係以平行於任意特定之結晶方位10a方式形成直線狀，但雷射標記12也可對任意特定之結晶方位10a以形成一定角度方式形成。又，也可形成點狀、記號及/或數字之列狀。
因此，本實施型態之GaN結晶基板可利用目視容易識別基板之表背面，且可利用目視容易識別基板之結晶方位。
在此，參照圖2A~2C，在GaN結晶基板10之背面10r形成雷射標記12之方法並無特別限制，在對可見光(指峰值波長度約400 nm~800 nm之區域之光)透明之GaN結晶基板10之背面10r形成雷射標記12之情形，可採用將峰值波長度400 nm以下之光束或峰值波長度5000 nm以上之光束照射至GaN結晶基板10之背面10r而在背面10r形成溝上凹部予以進行。
(實施型態3)
參照圖3A~3C及圖4A~4C，本發明之GaN結晶基板之又另一實施型態係包含基質結晶區域11、及相對於基質結晶區域11之結晶，含有至少1個結晶軸相異之結晶之異方位結晶區域13，此異方位結晶區域13之形狀形成可顯示任意特定之結晶方位10a。
由於異方位結晶區域13係相對於基質結晶區域11之結晶，含有至少1個結晶軸相異之結晶，故異方位結晶區域13會因與基質結晶區域11之光之吸收量之差異而產生明暗差，故可利用目視識別異方位結晶區域13與基質結晶區域11。又，由於將異方位結晶區域13之形狀形成可顯示GaN結晶基板10之任意特定之結晶方位10a，故可識別GaN結晶基板10之任意特定之結晶方位10a。
在此，參照圖3A~3C及圖4A~4C，在以可顯示GaN結晶基板10之任意特定之結晶方位10a方式形成異方位結晶區域13之形狀之方法並無特別限制，在GaN結晶基板10之任意特定之結晶方位10a為<1－100>方向或<11－20>方向之情形，例如可將顯現於GaN結晶基板10之結晶生長面10c及背面10r之形成異方位結晶區域13之形狀形成平行於<1－100>方向或<11－20>方向之直線狀或虛線狀，藉此可分別識別<1－100>方向或<11－20>方向之結晶方位。
又，在圖3A~3C中，異方位結晶區域13之形狀雖以平行於任意特定之結晶方位10a方式形成直線狀，但異方位結晶區域13也可對任意特定之結晶方位10a以形成一定角度方式形成。又，也可形成點狀、記號列狀。
在本實施型態中，如圖3A~3C及圖4A~4C所示，異方位結晶區域13係貫通於GaN結晶基板10之厚度方向。在此，如圖3A~3C所示，分別顯現於基板之結晶生長面10c與背面10r之異方位結晶區域13之第1及第2圖案P1 、P2 也可在基板之外形中互相相同。又，如圖4A~4C所示，分別顯現於基板之結晶生長面10c與背面10r之異方位結晶區域13之第1及第2圖案P1 、P2 也可在基板之外形中互異。
在此，具體上，圖3A~3C所示之異方位結晶區域13之圖案之例如以下所示：第1圖案P1 與第2圖案P2 係對厚度方向等分基板之平面10h呈現鏡面對稱。又，第1及第2圖案P1 、P2 係包含分別在基板之結晶生長面與背面中顯現於偏離各中心(未圖示)之位置之異方位結晶區域13。在此，此異方位結晶區域13之長度側方向之中心線13k位於一直線上，平行於任意特定之結晶方位10a。
又，圖4A~4C所示之異方位結晶區域13之圖案之例如以下所示：第1圖案P1 與第2圖案P2 係對厚度方向等分基板之平面10h呈現鏡面對稱。又，第1及第2圖案P1 、P2 係包含分別在基板之結晶生長面及背面中顯現於偏離各中心(未圖示)之位置之2個異方位結晶區域13。在此，各異方位結晶區域13之長度側方向之長度L1 ,L3 相異，各異方位結晶區域13之長度側方向之中心線13k位於一直線上，平行於任意特定之結晶方位10a。
在此，參照圖3A~3C及圖4A~4C，異方位結晶區域13之寬度W及長度L並無特別限制，但以寬度W10 μm以上1000 μm以下、長度L5 mm以上20 mm以下為佳。寬度W小於10 μm時，有隨著GaN結晶之生長而導致異方位結晶區域13消失之情形，寬度W大於1000 μm時，基質結晶區域11會變小。長度L小於5 mm時，難以瞭解結晶方位，且有隨著GaN結晶之生長而導致異方位結晶區域13消失之情形，長度L大於20 mm時，基質結晶區域11會變小。又，在圖3A~3C及圖4A~4C中，雖形成1條直線狀或虛線狀之異方位結晶區域13，但考慮到可能有隨著GaN結晶之生長而導致異方位結晶區域13消失之因素時，以形成複數個(例如複數直線或虛線狀)之異方位結晶區域13為宜。
另外，參照圖3A~3C及圖4A~4C，在本實施型態之GaN結晶基板10中，與實施型態1之GaN結晶基板同樣，最好結晶生長面10c之粗度Ra(C) 為10 nm以下，結晶生長面10c之相反側之背面10r之粗度Ra(R) 為0.5 μm以上10 μm以下，面粗度Ra(R) 相對於面粗度Ra(C) 之比Ra(R) /Ra(C) 為50以上。將比Ra(R) /Ra(C) 設定為50以上時，可利用目視容易識別基板之表背面。
(實施型態4)
參照圖4A~4C、圖5A~5C、圖6A~6C、圖7A~7D及圖8A~8D，本發明之GaN結晶基板之又另一實施型態與實施型態3同樣，係包含基質結晶區域11、及相對於基質結晶區域11之結晶，含有至少1個結晶軸相異之結晶之異方位結晶區域13，此異方位結晶區域13之形狀形成可顯示任意特定之結晶方位10a。另外，本實施型態之GaN結晶基板10之異方位結晶區域13係貫通於基板之厚度方向，分別顯現於基板之結晶生長面10c與背面10r之異方位結晶區域13之第1及第2圖案P1 、P2 在前述基板之外形中互異。
本實施型態之GaN結晶基板10由於將異方位結晶區域13之形狀形成可顯示任意特定之結晶方位10a，且分別顯現於基板之結晶生長面10c與背面10r之異方位結晶區域13之第1及第2圖案P1 、P2 在基板之外形中互異，故不論對結晶生長面之粗度Ra(C) 之背面之粗度Ra(R) 之比Ra(R) /Ra(C) 之大小，例如即使比Ra(R) /Ra(C) 不足50，仍可識別基板之結晶方位及表背面。
在本實施型態之GaN結晶基板10中，所謂「顯現於結晶生長面10c之異方位結晶區域13之第1圖案P1 與顯現於背面10r之異方位結晶區域13之第2圖案P2 在基板之外形中互異」，係指在有關基板之外形之關係位置中，第1圖案P1 與第2圖案P2 相異之意，例如可列舉以下之例。
參照圖4A~4C，本實施型態之異方位結晶區域13之圖案之一例如以下所示：第1圖案P1 與第2圖案P2 係對厚度方向等分基板之平面10h呈現鏡面對稱。又，第1及第2圖案P1 、P2 係包含分別在基板之結晶生長面及背面中顯現於偏離各中心(未圖示)之位置之2個異方位結晶區域13。在此，各異方位結晶區域13之長度側方向之長度L1 、L3 相異，各異方位結晶區域13之長度側方向之中心線13k位於一直線上，平行於任意特定之結晶方位10a。
參照圖5A~5C，本實施型態之異方位結晶區域13之圖案之另一例如以下所示：第1圖案P1 與第2圖案P2 係對厚度方向等分基板之平面10h呈現鏡面對稱。又，第1及第2圖案P1 、P2 係包含分別在基板之結晶生長面及背面中顯現於偏離各中心(未圖示)之位置之面形狀為三角形狀之異方位結晶區域13。在此，此異方位結晶區域13之長度側方向之中心線13k平行於任意特定之結晶方位10a。
參照圖6A~6C，本實施型態之異方位結晶區域13之圖案之又另一例如以下所示：第1圖案P1 與第2圖案P2 係對厚度方向等分基板之平面10h呈現鏡面對稱。又，第1及第2圖案P1 、P2 係包含分別在基板之結晶生長面及背面中顯現於偏離各中心(未圖示)之位置之面形狀為四角形狀之異方位結晶區域13。在此，此面形狀為四角形狀異方位結晶區域13僅一方之端部接觸於基板之外周，此異方位結晶區域13之長度側方向之中心線13k平行於任意特定之結晶方位10a。
參照圖7A~7D，本實施型態之異方位結晶區域13之圖案之又另一例如以下所示：第1圖案P1 與第2圖案P2 係對厚度方向等分基板之平面10h呈現鏡面對稱。又，第1及第2圖案P1 、P2 係包含分別在基板之結晶生長面及背面中顯現於偏離各中心(未圖示)之位置之面形狀為多角形狀之2個異方位結晶區域13。在此，各異方位結晶區域13之寬度W1 、W2 互異，通過各異方位結晶區域13之中心之中心線13k平行於任意特定之結晶方位10a。
參照圖8A~8D，本實施型態之異方位結晶區域13之圖案之又另一例如以下所示：第1圖案P1 與第2圖案P2 係對厚度方向等分基板之平面10h呈現鏡面對稱。又，第1及第2圖案P1 、P2 係包含分別在基板之結晶生長面及背面中顯現於偏離各中心(未圖示)之位置之面形狀為圓形狀之2個異方位結晶區域13。在此，各異方位結晶區域13之直徑W1 、W2 互異，通過各異方位結晶區域13之中心之中心線13k平行於任意特定之結晶方位10a。又，所謂圓形狀，係包含圓狀及橢圓狀。在此，所謂橢圓狀區域之直徑，係指橢圓之短直徑或長度直徑之意。
(實施型態5)
參照圖3A~3C、圖4A~4C、圖5A~5C、圖6A~6C、圖7A~7D、圖8A~8D及圖9A，在實施型態3或實施型態4之GaN結晶基板10中，最好異方位結晶區域13係利用對基質結晶區域11之結晶，a軸方向相同而c軸方向反轉之結晶所形成之c軸反轉結晶區域13t。
在此，所謂a軸方向相同，係指c軸反轉結晶區域13t所含之1個以上之結晶之a軸與基質結晶區域11所含之結晶之a軸具有實質上相同方向之向量，兩者之a軸之偏移角不足30°之意。在此，所謂軸之偏移角，係指在2個結晶中所注目之結晶軸(例如a軸、c軸等)彼此形成之立體角，可利用XRD(X－ray diffraction：X射線衍射)法、EBSP(Electron Back Scattering Pattern；電子反向散射圖案)法加以測定。
又，所謂c軸方向反轉，係指c軸反轉結晶區域13t所含之1個以上之結晶之c軸對基質結晶區域11所含之結晶之c軸，其方向之向量實質上相反之意。在此，所謂c軸之向量實質上相反，係指c軸反轉結晶區域13t所含之1個以上之結晶之c軸與基質結晶區域11所含之結晶之c軸之偏移角不足30°，其向量之方向相反之意。
GaN結晶基板10之基質結晶區域11及c軸反轉結晶區域13t可利用螢光顯微鏡加以觀察。又，各結晶區域之結晶軸可利用XRD法加以決定。又，c軸反轉結晶區域13t與基質結晶區域11之識別除了上述之螢光顯微鏡之觀察以外，也可容易利用聚焦電子繞射法之極性之差異、主面(指結晶生長面10c及背面10r，以下同)之處理速度(研磨速度及蝕刻速度，以下同)之差異等而可容易加以識別。
異方位結晶區域13為c軸反轉結晶區域13t之情形，參照圖9A，在GaN結晶基板10之結晶生長面10c，會顯現基質結晶區域11之Ga原子面11g與c軸反轉結晶區域13t之N原子面，於GaN結晶基板10之背面10r會顯現基質結晶區域11之N原子面11n與c軸反轉結晶區域13t之Ga原子面13g。
在此，在GaN結晶中，N原子面之處理速度大於Ga原子面，故在利用研磨或蝕刻處理GaN結晶基板10之主面(結晶生長面10c及背面10r)時，如圖9A所示，在結晶生長面10c側，可對c軸反轉結晶區域13t之N原子面13n係對基質結晶區域11之Ga原子面11g形成凹部，在背面10r側，c軸反轉結晶區域13t之Ga原子面13g可對基質結晶區域11之N原子面11n形成凸部。
如此，在經研磨等處理後之GaN結晶基板10之主面，會在c軸反轉結晶區域13t與基質結晶區域11之境界部產生階差，故容易利用目視識別c軸反轉結晶區域13t之位置及形狀。此階差雖因主面之處理條件而有差異，但大致為0.1 μm~2 μm程度。
又，參照圖10，局部含有作為異方位結晶區域之c軸反轉結晶區域13t之GaN結晶基板10之製造方法並無特別限制，例如，可利用如以下之方式進行。首先，在底層基板1圖案化形成特定形狀(例如寬度W、長度L之直線狀)之遮罩層2。在此，底層基板1只要是可使GaN結晶磊晶生長之基板即可，並無特別限制，適合使用藍寶石基板、GaAs基板、SiC基板等。又，遮罩層2只要是可抑制GaN結晶之生長之層，並無特別限制，例如，適合使用藍寶石之SiO2 層、非晶質之Si3 N4 層等之絕緣層、Ti層、Ni層、W層等之金屬層等。此遮罩層2係利用濺射法、CVD(化學氣相沉積)法等形成。又，遮罩層2之圖案化係利用光微影法等進行。
其次，使GaN結晶5生長於圖案化形成特定形狀(例如寬度W、長度L之直線狀)之遮罩層2之底層基板1上。在底層基板1上形成基質結晶區域11，在遮罩層2上圖案化成特定形狀(例如寬度W、長度L之直線狀)之c軸反轉結晶區域13t。在此，使GaN結晶生長之方法只要是可磊晶生長之生長方法，並無特別限制，適合使用HVPE(鹵化物氣相生長)法、MOCVD(有機金屬化學氣相沉積)法等。在此，從GaN結晶之生長速度較高之觀點，適合使用HVPE法。
其次，將以如上述方式所得之GaN結晶5在平行於底層基板1之主面之面10u、10d切割，利用研磨及/或蝕刻處理其主面而獲得GaN結晶基板10。
(實施型態6)
參照圖3A~3C、圖4A~4C、圖5A~5C、圖6A~6C、圖7A~7D、圖8A~8D及圖9B，在實施型態3或實施型態4之GaN結晶基板10中，較好異方位結晶區域13係含有複數個相對於基質結晶區域11之結晶a軸方向相異而c軸方向相同之結晶之多結晶區域13m。
在此，所謂a軸方向相異，係指多結晶區域13m所含之複數結晶之a軸與基質結晶區域11所含之結晶之a軸具有實質上相異之方向之向量，具有60°以下之偏移角之意。在此，多結晶區域13m所含之複數結晶之a軸方向係對基質結晶區域11所含之結晶之a軸方向，隨機分布於60°以下之偏移角之範圍內。
又，所謂多結晶區域13m之結晶相對於基質結晶區域11之結晶c軸方向相同，係指多結晶區域13m所含之複數結晶之c軸與基質結晶區域11所含之結晶之c軸具有實質上相同方向之向量，兩者之c軸之偏移角小於30°之意。
GaN結晶基板10之基質結晶區域11及多結晶區域13m可利用螢光顯微鏡加以觀察。又，各結晶區域之結晶軸可利用XRD(X線繞射)法加以決定。又，多結晶區域13m與基質結晶區域11之識別除了上述之螢光顯微鏡之觀察以外，也可容易利用XRD法、主面之處理速度之差異等而容易加以識別。
異方位結晶區域13為多結晶區域13m之情形，參照圖9B，由於多結晶區域13m之主面(結晶生長面10c及背面10r)之處理速度(研磨速度及蝕刻速度)大於單結晶之基質結晶區域11，故利用研磨等處理GaN結晶基板10之主面時，如圖9B所示，在結晶生長面10c側，多結晶區域13m之Ga原子面13g可相對基質結晶區域11之Ga原子面11g形成凹部，在背面10r側，多結晶區域13m之N原子面13n可相對基質結晶區域11之N原子面11n形成凹部。
如此，在經研磨或蝕刻等處理後之GaN結晶基板10之主面，會在多結晶區域13m與基質結晶區域11之交界部產生階差，故容易利用目視識別多結晶區域13m之位置及形狀。此階差雖因主面之處理條件而有差異，但大致為0.1 μm~2 μm左右。
又，參照圖11，局部含有作為異方位結晶區域之多結晶區域13m之GaN結晶基板10之製造方法並無特別限制，例如，可利用如以下之方式進行。首先，在底層基板1上圖案化形成特定形狀(例如寬度W、長度L之直線狀)之遮罩層2。在此，底層基板1只要是可使GaN結晶磊晶生長之基板即可，並無特別限制，較好使用藍寶石基板、GaAs基板、SiC基板等。又，遮罩層2只要是可抑制GaN結晶5之生長，且具有以芯結晶3之a軸方向異於基質結晶區域之結晶之a軸方向之方式在遮罩層2上形成芯結晶3之特性之層，並無特別限制，例如，較好使用藍寶石之SiO2 層、非晶質之Si3 N4 層等。此遮罩層2係利用濺射法、CVD(化學氣相沉積)法等形成。又，遮罩層2之圖案形成係利用光微影法等進行。
其次，使GaN結晶5生長於已圖案化形成特定形狀(例如寬度W、長度L之直線狀)之遮罩層2之底層基板1上。此時，將GaN結晶之生長條件設定於GaN氣體呈現過飽和之條件(例如，在利用HVPE法生長GaN結晶之情形下，在由GaN結晶之生長開始後至少3分鐘內，Ga原料氣體之分壓大於2.5kPa，N原料氣體之分壓大於30kPa之條件)時，可在遮罩層2上形成複數之GaN之芯結晶3，由各芯結晶3生長出具有方向異於基質結晶區域之結晶之a軸方向之a軸之結晶而形成多結晶區域13m。
其次，將以如上述方式所得之GaN結晶5在平行於底層基板之主面之面10u、10d切割，利用研磨及/或蝕刻處理其結晶生長面及/或背面而獲得GaN結晶基板10。
又，本發明之面粗度之測定係對於面粗度較小之面，使用光干涉式之測定裝置，對於面粗度較大之面，使用3D－SEM，均以100 μm×100 μm之正方形範圍作為基準面積進行測定。
(實施例1)
利用HVPE法，在Ga原料氣體之GaCl氣體分壓為2.5kPa，N原料氣體之NH3 氣體分壓為15kPa之條件下，於為底層基板之直徑50.8 mm、厚度350 μm之藍寶石基板上生長直徑50.8 mm、厚度3 mm之GaN結晶。與底層基板之主面平行地切割此GaN結晶而製作如圖1A~1C所示之直徑50 mm、厚度400 μm之GaN結晶基板10。
利用如以下方式處理所得之GaN結晶基板10之背面10r及結晶生長面10c。作為背面之處理，使用以黏合劑固定粒徑40 μm之SiC研磨粒之固定研磨粒加以研削(研削步驟)。作為結晶生長面之處理，使用以黏合劑固定粒徑40 μm之SiC研磨粒之固定研磨粒加以研削(研削步驟)，並以粒徑6 μm之SiC研磨粒研磨(粗研磨步驟)，接著以粒徑2 μm之SiC研磨粒研磨(微研磨步驟)。
利用如以上方式，可獲得結晶生長面之粗度Ra(C) 為7 nm、背面之粗度Ra(R) 為3 μm、Ra(R) /Ra(C) 約430之GaN結晶基板。此GaN結晶基板之結晶生長面與背面之光澤不同，可利用目視容易識別其表背面。
(實施例2)
參照圖2A~2C，在實施例1所得之GaN結晶基板10之背面10r，利用CO2 雷射形成平行於<11－20>之方向之寬度W為100 μm、深度D為25 μm、長度L為10 mm之直線狀溝之雷射標記12作為任意特定之結晶方位10a。在本實施例之GaN結晶基板中，可利用目視識別表背面，並可藉雷射標記12，利用目視識別GaN結晶基板10之結晶方位。
(實施例3)
參照圖3A~3C及圖10，在為底層基板1之直徑50.8 mm、厚度350 μm之藍寶石基板上，利用濺射法及光微影法形成寬度W為100 μm、長度L為10 mm之四角形狀之非晶質SiO2 層作為圖案化成與圖3A同樣形狀之遮罩層2。其次，在形成有圖案化成上述形狀之非晶質SiO2 層(遮罩層2)之藍寶石基板(底層基板1)上，利用HVPE法，在為Ga原料氣體之GaCl氣體分壓為2.5kPa，為N原料氣體之NH3 氣體分壓15kPa之條件下，生長直徑50.8 mm、厚度3 mm之GaN結晶5。
在此GaN結晶5中，在藍寶石基板(底層基板1)上生長基質結晶區域11，在非晶質SiO2 層(遮罩層2)上生長顯現於如圖3A~3C及圖10所示之結晶表面之形狀為寬度W為95 μm而長度L為10 mm之四角形狀之c軸反轉結晶區域13t作為異方位結晶區域13。
將所得之GaN結晶5，利用與實施例1同樣方式，與底層基板1之主面平行地切割而製作直徑50 mm、厚度400 μm之GaN結晶基板10。在所得之GaN結晶基板10中，異方位結晶區域13貫通於GaN結晶基板10之厚度方向，分別顯現於結晶生長面10c與背面10r之異方位結晶區域13之第1與第2圖案P1 、P2 在GaN結晶基板10之外形中互為相同。
在此，一般，異方位結晶區域13(在本實施例中，為c軸反轉結晶區域13t)之結晶生長速度小於基質結晶區域11，故隨著GaN結晶之生長厚度增大，顯現於異方位結晶區域13之寬度W有徐徐變小之傾向。但，在厚度400 μm左右之GaN結晶基板10中，顯現於結晶生長面10c之異方位結晶區域13之寬度與顯現於背面10r之異方位結晶區域13之寬度大致相同。此點在其他之實施例中亦同。
就所得之GaN結晶基板之背面及結晶生長面，施行與實施例1同樣之處理時，可獲得結晶生長面10c之面粗度Ra(C) 為7 nm、背面之面粗度Ra(R) 為3 μm、Ra(R) /Ra(C) 約430之GaN結晶基板。此GaN結晶基板之結晶生長面10c與背面10r之光澤不同，可利用目視容易識別其表背面。
又，在本實施例之GaN結晶基板中，可利用目視識別表背面，並可藉異方位結晶區域13(c軸反轉結晶區域13t)之形狀，利用目視識別GaN結晶基板10之結晶方位。
(實施例4)
參照圖4A~4C及圖10，在為底層基板1之直徑50.8 mm、厚度350 μm之藍寶石基板上，利用濺射法及光微影法形成寬度W為100 μm、長度L1 為4 mm之四角形狀之非晶質SiO2 層及寬度W為100 μm、長度L3 為9 mm之四角形狀之非晶質SiO2 層作為圖案化成與圖4A同樣形狀之遮罩層2。在此，上述2個非晶質SiO2 層在該等之長側方向具有長度L2 為2 mm之間隔。其次，在形成有圖案化成上述形狀之非晶質SiO2 層(遮罩層2)之藍寶石基板(底層基板1)上，利用HVPE法，在為Ga原料氣體之GaCl氣體分壓為2.5kPa，為N原料氣體之NH3 氣體分壓為15kPa之條件下，生長直徑50.8 mm而厚度3 mm之GaN結晶5。
在此GaN結晶5中，在藍寶石基板(底層基板1)上生長基質結晶區域11，在非晶質SiO2 層(遮罩層2)上生長顯現於如圖4A~4C及圖10所示之結晶表面之形狀為寬度W為95 μm而長度L1 為4 mm之四角形狀之c軸反轉結晶區域13t及寬度W為95 μm而長度L3 為9 mm之四角形狀之c軸反轉結晶區域13t作為異方位結晶區域13。在此，上述2個異方位結晶區域13(c軸反轉結晶區域13t)在該等之長側方向具有長度L2 為2 mm之間隔。
將所得之GaN結晶5，利用與實施例1同樣方式，與底層基板之主面平行地切割而製作直徑50 mm、厚度400 μm之GaN結晶基板10。在所得之GaN結晶基板10中，異方位結晶區域13(c軸反轉結晶區域13t)貫通於GaN結晶基板10之厚度方向，分別顯現於GaN結晶基板10之結晶生長面10c與背面10r之異方位結晶區域13之第1與第2圖案P1 、P2 在GaN結晶基板10之外形中互異。
就所得之GaN結晶基板之背面10r及結晶生長面10c，施行與實施例1同樣之處理時，可獲得結晶生長面之粗度Ra(C) 為1.5 nm、背面之粗度Ra(R) 為3 μm、Ra(R) /Ra(C) 為2000之GaN結晶基板。此GaN結晶基板之結晶生長面與背面之光澤不同，可利用目視容易識別其表背面。
又，在本實施例之GaN結晶基板中，可利用目視識別表背面，並可藉異方位結晶區域13(c軸反轉結晶區域13t)之形狀，利用目視識別GaN結晶基板10之結晶方位。又，在本實施例中，由於分別顯現於GaN結晶基板10之結晶生長面10c與背面10r之異方位結晶區域13之第1與第2圖案P1 、P2 在GaN結晶基板10之外形中互異，故縱使不能藉面粗度Ra(結晶生長面10c之粗度Ra(C) 及背面10r之粗度Ra(R) )而識別基板之表背面之情形，也可識別基板之表背面及結晶方位。
(實施例5)
除了將形成於藍寶石基板上之遮罩層改為Ni層，將利用HVPE法生長GaN結晶之際之條件設定為在Ga原料氣體之GaCl氣體分壓為2.5 kPa，N原料氣體之NH3 氣體分壓為25 kPa之條件以外，利用與實施例3同樣方式生長直徑50.8 mm而厚度3 mm之GaN結晶5。
在此GaN結晶5中，在藍寶石基板(底層基板1)上生長基質結晶區域11，在非晶質SiO2 層(遮罩層2)上生長顯現於如圖3A~3C及圖11所示之結晶表面之形狀為寬度W為95 μm而長度L為10 mm之四角形狀之多結晶區域13m作為異方位結晶區域13。
將所得之GaN結晶5，利用與實施例3同樣方式，製作直徑50 mm、厚度400 μm之GaN結晶基板10。在此，在所得之GaN結晶基板10中，異方位結晶區域13(多結晶區域13m)貫通於GaN結晶基板10之厚度方向，分別顯現於結晶生長面10c與背面10r之異方位結晶區域13之第1與第2圖案P1 、P2 在GaN結晶基板10之外形中互為相同。
在此，一般，異方位結晶區域13(在本實施例中，為多結晶區域13m)之結晶生長速度小於基質結晶區域11，故隨著GaN結晶之生長厚度之增大，顯現於結晶表面之異方位結晶區域13之寬度W有徐徐變小之傾向。但，在厚度400 μm左右之GaN結晶基板10中，顯現於結晶生長面10c之異方位結晶區域13之寬度與顯現於背面10r之異方位結晶區域13之寬度大致相同。此點在其他之實施例中亦同。
又，在所得之GaN結晶基板中，可利用目視識別表背面，並可藉異方位結晶區域13(多結晶區域13m)之形狀，利用目視識別GaN結晶基板10之結晶方位。
(實施例6)
除了將利用HVPE法生長GaN結晶之際之條件設定為在Ga原料氣體之GaCl氣之分壓2.5kPa，N原料氣體之NH3 氣之分壓25kPa之條件以外，利用與實施例4同樣方式生長直徑50.8 mm而厚度3 mm之GaN結晶5。
在此GaN結晶5中，在藍寶石基板(底層基板1)上生長基質結晶區域11，在非晶質SiO2 層(遮罩層2)上生長顯現於如圖4A~4C及圖11所示之結晶表面之形狀為：寬度W為95 μm而長度L1 為4 mm之四角形狀及寬度W為95 μm而長度L3 為9 mm之四角形狀之多結晶區域13m作為異方位結晶區域13。在此，上述2個異方位結晶區域13(多結晶區域13m)在該等之長側方向具有長度L2 為2 mm之間隔。
將所得之GaN結晶5，利用與實施例4同樣方式，製作直徑50 mm、厚度400 μm之GaN結晶基板10。在此，在所得之GaN結晶基板10中，異方位結晶區域13(多結晶區域13m)貫通於GaN結晶基板10之厚度方向，分別顯現於結晶生長面10c與背面10r之異方位結晶區域13之第1與第2圖案P1 、P2 在GaN結晶基板10之外形中互異。
在所得之GaN結晶基板中，可利用目視識別表背面，並可藉異方位結晶區域13(多結晶區域13m)之形狀，利用目視識別GaN結晶基板10之結晶方位。又，在本實施例中，由於分別顯現於GaN結晶基板10之結晶生長面10c與背面10r之異方位結晶區域13之第1與第2圖案P1 、P2 在GaN結晶基板10之外形中互異，故縱不能藉面粗度Ra(結晶生長面10c之粗度Ra(C) 及背面10r之粗度Ra(R) )而識別基板之表背面之情形，也可識別基板之表背面及結晶方位。
又，有關在不能藉面粗度Ra(結晶生長面10c之粗度Ra(C) 及背面10r之粗度Ra(R) )而識別基板之表背面之GaN結晶基板10中，異方位結晶區域13貫通於GaN結晶基板10之厚度方向，分別顯現於GaN結晶基板10之結晶生長面10c與背面10r之異方位結晶區域13之第1與第2圖案P1 、P2 在GaN結晶基板10之外形中互異時，可識別基板之表背面及結晶方位，茲依據以下之實施例予以說明之。
又，背面為氮面之情形，除了上述之研削等方法以外，也可利用氮面比鎵面更容易被蝕刻之性質，而在其面上形成凹凸。在此，藉由使用NaOH、KOH等作為蝕刻劑，確認可獲得與上述同樣之效果。
(實施例7)
參照圖3A~3C、圖10及圖11，由與實施例3或實施例5同樣地生長之GaN結晶5，在平行於底層基板1之主面之面10u、10d切割之GaN結晶基板10中，異方位結晶區域13貫通於基板之厚度方向，分別顯現於基板之結晶生長面10c與背面10r之異方位結晶區域13之第1與第2圖案P1 、P2 在基板之外形中互同。此GaN結晶基板10之結晶生長面10c與背面10r之處理係使用以黏合劑固定粒徑40 μm之SiC研磨粒之固定研磨粒加以研削(研削步驟)，並以粒徑5 μm之SiC研磨粒研磨(粗研磨步驟)，利用粒徑1 μm之SiC研磨粒研磨(微研磨步驟)。
上述結晶生長面10c及背面10r之處理所得之GaN結晶基板10之結晶生長面10c之粗度Ra(C) 為1.5 nm，背面10r之粗度Ra(R) 為1.5 nm，不能藉面粗度Ra而識別基板之表背面。又，在此GaN結晶基板10中，分別顯現於基板之結晶生長面10c與背面10r之異方位結晶區域13之第1與第2圖案P1 、P2 在基板之外形中互同，故雖可因異方位結晶區域13之形狀而可識別基板之結晶方位，但不能識別基板之表背面。
(實施例8)
參照圖4A~4C、圖10及圖11，由與實施例4或實施例6同樣地生長之GaN結晶5，在平行於底層基板1之主面之面10u、10d切割之GaN結晶基板10中，異方位結晶區域13貫通於基板之厚度方向，分別顯現於基板之結晶生長面10c與背面10r之異方位結晶區域13之第1與第2圖案P1 、P2 在基板之外形中互異。此GaN結晶基板10之結晶生長面10c及背面10r之處理係利用與實施例7同樣方式進行。
此處理後之GaN結晶基板10之結晶生長面10c之粗度Ra(C) 為1.5 nm，背面10r之粗度Ra(R) 為1.5 nm，不能藉面粗度Ra而識別基板之表背面。但在此GaN結晶基板10中，可藉異方位結晶區域13之形狀而可識別基板之結晶方位，且因分別顯現於基板之結晶生長面10c與背面10r之異方位結晶區域13之第1與第2圖案P1 、P2 在基板之外形中互異，故可識別基板之表背面。
(實施例9)
參照圖5A~5C、圖10，在底層基板1之直徑50.8 mm、厚度350 μm之藍寶石基板上，利用濺射法及光微影法形成底邊寬度W為40 μm、高度L為10 mm之二等邊三角形狀之非晶質SiO2 層作為圖案化成與圖5A同樣形狀之遮罩層2。在此，將非晶質SiO2 層形成為使此二等邊三角形狀之長側方向之中心線13k平行於生長作為任意特定之結晶方位10a之GaN結晶之<11－20>方向。其次，在形成圖案化成上述形狀之非晶質SiO2 層(遮罩層2)之藍寶石基板(底層基板1)上，利用HVPE法，在Ga原料氣體之GaCl氣之分壓2.5 kPa，N原料氣體之NH3 氣之分壓15kPa之條件下，生長直徑50.8 mm、厚度3 mm之GaN結晶5。
在此GaN結晶5中，在藍寶石基板(底層基板1)上生長基質結晶區域11，在非晶質SiO2 層(遮罩層2)上生長顯現於如圖5A~5C及圖10所示之結晶表面之形狀為底面寬度W為35 μm而高度L為10 mm之二等邊三角形狀之c軸反轉結晶區域13t作為異方位結晶區域13。此異方位結晶區域13(c軸反轉結晶區域13t)之長側方向之中心線13k平行於<11－20>方向。
將所得之GaN結晶5，利用與實施例1同樣方式，與底層基板1之主面平行地切割而製作直徑50 mm、厚度400 μm之GaN結晶基板10。在所得之GaN結晶基板10中，異方位結晶區域13貫通於GaN結晶基板10之厚度方向，分別顯現於結晶生長面10c與背面10r之異方位結晶區域13之第1與第2圖案P1 、P2 在GaN結晶基板10之外形中互異。
在此，一般，異方位結晶區域13(在本實施例中，為c軸反轉結晶區域13t)之結晶生長速度小於基質結晶區域11，故隨著GaN結晶之生長厚度之增大，顯現於結晶表面之異方位結晶區域13之寬度W有徐徐變小之傾向。但，在厚度400 μm之GaN結晶基板10中，顯現於結晶生長面10c之異方位結晶區域13之寬度與顯現於背面10r之異方位結晶區域13之寬度大致相同。此點在其他之實施例中亦同。
就所得之GaN結晶基板之背面及結晶生長面，施行與實施例7同樣之處理。在此處理後之GaN結晶中，可獲得結晶生長面10c之粗度Ra(C) 為1.7 nm、背面10r之粗度Ra(R) 為1.8 nm，不能藉面粗度Ra識別基板之表背面。但在此GaN結晶基板10中，可藉異方位結晶區域13之形狀，識別基板之結晶方位，且因分別顯現於基板之結晶生長面10c與背面10r之異方位結晶區域13之第1與第2圖案P1 、P2 在基板之外形中互異，故可識別基板之表背面。
(實施例10)
參照圖6A~6C及圖10，在底層基板1之直徑50.8 mm、厚度350 μm之藍寶石基板上，利用濺射法及光微影法形成寬度W為30 μm、長度L為5 mm之四角形狀之非晶質SiO2 層作為圖案化成與圖6A同樣形狀之遮罩層2。在此，將非晶質SiO2 層形成為使此四角形狀之長側方向之中心線13k平行於生長作為任意特定之結晶方位10a之GaN結晶<1－100>方向。其次，在形成圖案化成上述形狀之非晶質SiO2 層(遮罩層2)之藍寶石基板(底層基板1)上，利用與實施例9同樣方式生長直徑50.8 mm而厚度3 mm之GaN結晶5。
在此GaN結晶5中，在藍寶石基板(底層基板1)上生長基質結晶區域11，在非晶質SiO2 層(遮罩層2)上生長顯現於如圖6A~6C及圖10所示之結晶表面之形狀為寬度W為25 μm而長度L為5 mm之四角形狀之c軸反轉結晶區域13t作為異方位結晶區域13。此異方位結晶區域13(c軸反轉結晶區域13t)之長側方向之中心線13k平行於<1－100>方向。
將所得之GaN結晶5，利用與實施例1同樣方式，與底層基板1之主面平行地切割而製作直徑50 mm、厚度400 μm之GaN結晶基板10。在所得之GaN結晶基板10中，異方位結晶區域13貫通於GaN結晶基板10之厚度方向，分別顯現於結晶生長面10c與背面10r之異方位結晶區域13之第1與第2圖案P1 、P2 在GaN結晶基板10之外形中互異。
就所得之GaN結晶基板之背面及結晶生長面，施行與實施例7同樣之處理。在此處理後之GaN結晶基板中，結晶生長面10c之粗度Ra(C) 為1.7 nm、背面之粗度Ra(R) 為1.8 nm，不能藉面粗度Ra識別基板之表背面。但在此GaN結晶基板10中，可藉異方位結晶區域13之形狀，識別基板之結晶方位，且因分別顯現於基板之結晶生長面10c與背面10r之異方位結晶區域13之第1與第2圖案P1 、P2 在GaN結晶基板10之外形中互異，故可識別基板之表背面。
(實施例11)
參照圖7A~7D及圖10，在底層基板1之直徑50.8 mm、厚度350 μm之藍寶石基板上，利用濺射法及光微影法形成寬度W1 為20 μm之正方形狀及寬度W2 為40 μm之正方形狀之非晶質SiO2 層作為圖案化成與圖7A同樣形狀之遮罩層2。在此，將非晶質SiO2 層形成為：此2個非晶質SiO2 層之中心間之距離L為10 mm，使通過此2個非晶質SiO2 層之中心之中心線13k平行於生長作為任意特定之結晶方位10a之GaN結晶<1－100>方向。其次，在形成圖案化成上述形狀之非晶質SiO2 層(遮罩層2)之藍寶石基板(底層基板1)上，利用與實施例9同樣方式生長直徑50.8 mm而厚度3 mm之GaN結晶5。
在此GaN結晶5中，在藍寶石基板(底層基板1)上生長基質結晶區域11，在非晶質SiO2 層(遮罩層2)上生長顯現於如圖7A~7D及圖10所示之結晶表面之形狀為寬度W1 為15 μm之正方形狀及寬度W2 為35 μm之正方形狀之c軸反轉結晶區域13t作為異方位結晶區域13。在此，此2個之異方位結晶區域13(c軸反轉結晶區域13t)之中心間之距離L為10 mm，通過此2個異方位結晶區域13之中心之中心線13k平行於GaN結晶<1－100>方向。
將所得之GaN結晶5，利用與實施例1同樣方式，與底層基板1之主面平行地切割而製作直徑50 mm、厚度400 μm之GaN結晶基板10。在所得之GaN結晶基板10中，異方位結晶區域13貫通於GaN結晶基板10之厚度方向，分別顯現於結晶生長面10c與背面10r之異方位結晶區域13之第1與第2圖案P1 、P2 在GaN結晶基板10之外形中互異。
就所得之GaN結晶基板之背面及結晶生長面，施行與實施例7同樣之處理。在此處理後之GaN結晶基板中，結晶生長面10c之粗度Ra(C) 為1.7 nm、背面10r之粗度Ra(R) 為1.8 nm，不能藉面粗度Ra識別基板之表背面。但在此GaN結晶基板10中，可藉異方位結晶區域13之形狀，識別基板之結晶方位，且因分別顯現於基板之結晶生長面10c與背面10r之異方位結晶區域13之第1與第2圖案P1 、P2 在基板之外形中互異，故可識別基板之表背面。
(實施例12)
參照圖8A~8D及圖10，在底層基板1之直徑50.8 mm、厚度350 μm之藍寶石基板上，利用濺射法及光微影法形成直徑W1 為20 μm之圓形狀及直徑W2 為50 μm之圓形狀之非晶質SiO2 層作為圖案化成與圖8A同樣形狀之遮罩層2。在此，將非晶質SiO2 層形成為：此2個非晶質SiO2 層之中心間之距離L為10 mm，使通過此2個非晶質SiO2 層之中心之中心線13k平行於生長作為任意特定之結晶方位10a之GaN結晶<11－20>方向。其次，在形成圖案化成上述形狀之非晶質SiO2 層(遮罩層2)之藍寶石基板(底層基板1)上，利用與實施例9同樣方式生長直徑50.8 mm而厚度3 mm之GaN結晶5。
在此GaN結晶5中，在藍寶石基板(底層基板1)上生長基質結晶區域11，在非晶質SiO2 層(遮罩層2)上生長顯現於如圖8A~8D及圖10所示之結晶表面之形狀為直徑W1 為15 μm之圓形狀及直徑W2 為45 μm之圓形狀之c軸反轉結晶區域13t作為異方位結晶區域13。在此，此2個之異方位結晶區域13(c軸反轉結晶區域13t)之中心間之距離L為10 mm，通過此2個異方位結晶區域13之中心之中心線13k平行於GaN結晶<11－20>方向。
將所得之GaN結晶5，利用與實施例1同樣方式，與底層基板1之主面平行地切割而製作直徑50 mm、厚度400 μm之GaN結晶基板10。在所得之GaN結晶基板10中，異方位結晶區域13貫通於GaN結晶基板10之厚度方向，分別顯現於結晶生長面10c與背面10r之異方位結晶區域13之第1與第2圖案P1 、P2 在GaN結晶基板10之外形中互異。
就所得之GaN結晶基板之背面及結晶生長面，施行與實施例7同樣之處理。在此處理後之GaN結晶基板中，結晶生長面10c之粗度Ra(C) 為1.7 nm、背面10r之粗度Ra(R) 為1.8 nm，不能藉面粗度Ra識別基板之表背面。但在此GaN結晶基板10中，可藉異方位結晶區域13之形狀，識別基板之結晶方位，且因分別顯現於基板之結晶生長面10c與背面10r之異方位結晶區域13之第1與第2圖案P1 、P2 在基板之外形中互異，故可識別基板之表背面。
以上，雖就本發明予以詳細說明及舉例，但顯然本發明不應受上述相同實施型態及實施例所限定，本發明之精神及範圍僅受到後附之申請專利範圍所限定。
10．．．GaN結晶基板
10a．．．結晶方位
10c．．．結晶生長面
10d、10u．．．底層基板之主面
10r．．．背面
10h．．．基板平面
11．．．基質結晶區域
11g．．．基質結晶區域之Ga原子面
11n．．．基質結晶區域之N原子面
13．．．異方位結晶區域
13g．．．多結晶區域之Ga原子面
13k．．．中心線
13m．．．多結晶區域
13n．．．多結晶區域之N原子面
L．．．長度
P1 ．．．第1圖案
P2 ．．．第2圖案
W、W1 、W2 ．．．寬度
Ra(c) ．．．結晶生長面之面粗度
Ra(R) ．．．背面之面粗度
圖1A係表示本發明之GaN結晶基板之一實施型態之概略上面圖。
圖1B係對應於圖1A之概略側面圖。
圖1C係對應於圖1A之概略下面圖。
圖2A係表示本發明之GaN結晶基板之另一實施型態之概略上面圖。
圖2B係表示圖2A及圖2C之IIB之概略剖面圖。
圖2C係對應於圖2A之概略下面圖。
圖3A係表示本發明之GaN結晶基板之又另一實施型態之概略上面圖。
圖3B係表示圖3A及圖3C之IIIB之概略剖面圖。
圖3C係對應於圖3A之概略下面圖。
圖4A係表示本發明之GaN結晶基板之又另一實施型態之概略上面圖。
圖4B係表示圖4A及圖4C之IVB之概略剖面圖。
圖4C係對應於圖4A之概略下面圖。
圖5A係表示本發明之GaN結晶基板之又另一實施型態之概略上面圖。
圖5B係表示圖5A及圖5C之VB之概略剖面圖。
圖5C係對應於圖5A之概略下面圖。
圖6A係表示本發明之GaN結晶基板之又另一實施型態之概略上面圖。
圖6B係表示圖6A及圖6C之VIB之概略剖面圖。
圖6C係對應於圖6A之概略下面圖。
圖7A係表示本發明之GaN結晶基板之又另一實施型態之概略上面圖。
圖7B係表示圖7A及圖7D之VIIB之概略剖面圖。
圖7C係表示圖7A及圖7D之VIIC之概略剖面圖。
圖7D係對應於圖7A之概略下面圖。
圖8A係表示本發明之GaN結晶基板之又另一實施型態之概略上面圖。
圖8B係表示圖8A及圖8D之VIIIB之概略剖面圖。
圖8C係表示圖8A及圖8D之VIIIC之概略剖面圖。
圖8D係對應於圖A之概略下面圖。
圖9A係表示異方位結晶區域為c軸反轉結晶區域之情形之概略放大剖面圖。
圖9B係表示異方位結晶區域為多結晶區域之情形之概略放大剖面圖。
圖10係表示局部含有作為異方位結晶區域之c軸反轉結晶區域之GaN結晶基板之製造方法之一實施型態之概略剖面圖。
圖11係表示局部含有作為異方位結晶區域之多結晶區域之GaN結晶基板之製造方法之一實施型態之概略剖面圖。
10．．．GaN結晶基板
10c．．．結晶生長面
10r．．．背面
Ra(C) ．．．結晶生長面之面粗度
Ra(R) ．．．背面之面粗度

Claims (4)

  1. 一種GaN結晶基板，其係包含基質結晶區域(11)、及相對於前述基質結晶區域(11)之結晶含有至少1個結晶軸相異之結晶之異方位結晶區域(13)；前述異方位結晶區域(13)之形狀形成可顯示任意特定之結晶方位(10a)。
  2. 如請求項1之GaN結晶基板，其中前述異方位結晶區域(13)係貫通於前述基板之厚度方向；前述基板係包含使結晶生長於其上之結晶生長面(10c)、與前述結晶生長面(10c)之相反側之背面(10r)；分別顯現於前述基板之前述結晶生長面(10c)與前述背面(10r)之前述異方位結晶區域(13)之第1及第2圖案在前述基板之外形中互異。
  3. 如請求項1之GaN結晶基板，其中前述異方位結晶區域(13)係利用相對於前述基質結晶區域(11)之結晶a軸方向相同而c軸方向反轉之結晶所形成之c軸反轉結晶區域(13t)。
  4. 如請求項1之GaN結晶基板，其中前述異方位結晶區域(13)係含有複數個相對前述基質結晶區域(11)之結晶a軸方向相異而c軸方向相同之結晶之多結晶區域(13m)。
TW096109143A 2006-04-03 2007-03-16 ＧａＮ結晶基板 TWI391542B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006102158 2006-04-03
JP2007024377A JP4930081B2 (ja) 2006-04-03 2007-02-02 ＧａＮ結晶基板

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW200804634A TW200804634A (en) 2008-01-16
TWI391542B true TWI391542B (zh) 2013-04-01

Family

ID=38315300

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW096109143A TWI391542B (zh) 2006-04-03 2007-03-16 ＧａＮ結晶基板

Country Status (6)

Country Link
US (1) US7825409B2 (zh)
EP (2) EP1842942A3 (zh)
JP (1) JP4930081B2 (zh)
KR (1) KR20070099460A (zh)
CN (1) CN101070619B (zh)
TW (1) TWI391542B (zh)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101895035B1 (ko) * 2012-08-28 2018-09-04 식스포인트 머터리얼즈 인코퍼레이티드 3족 질화물 웨이퍼 및 그의 제조 방법
EP2900851B1 (en) 2012-09-25 2019-01-09 SixPoint Materials, Inc. Method of growing group iii nitride crystals
KR101812736B1 (ko) 2012-09-26 2017-12-27 식스포인트 머터리얼즈 인코퍼레이티드 Iii 족 질화물 웨이퍼 및 제작 방법과 시험 방법
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
US11370076B2 (en) * 2016-02-23 2022-06-28 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. RAMO4 substrate and manufacturing method thereof
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
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

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6909165B2 (en) * 2003-03-28 2005-06-21 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Obverse/reverse discriminative rectangular nitride semiconductor wafer

Family Cites Families (14)

* 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
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

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6909165B2 (en) * 2003-03-28 2005-06-21 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Obverse/reverse discriminative rectangular nitride semiconductor wafer

Also Published As

Publication number Publication date
EP1842942A2 (en) 2007-10-10
JP2007297263A (ja) 2007-11-15
CN101070619A (zh) 2007-11-14
KR20070099460A (ko) 2007-10-09
US20070228400A1 (en) 2007-10-04
EP1842942A3 (en) 2009-06-24
TW200804634A (en) 2008-01-16
JP4930081B2 (ja) 2012-05-09
EP2366816A3 (en) 2011-10-19
EP2366816A2 (en) 2011-09-21
US7825409B2 (en) 2010-11-02
CN101070619B (zh) 2011-03-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI391542B (zh) ＧａＮ結晶基板
US7879147B2 (en) Large area, uniformly low dislocation density GaN substrate and process for making the same
US10224201B2 (en) C-plane GaN substrate
JP4939038B2 (ja) Ｉｉｉ族窒化物半導体基板
WO2013058352A1 (ja) Ｉｉｉ族窒化物半導体結晶
US20220364267A1 (en) Group iii nitride single crystal substrate and method for production thereof
US10177217B2 (en) C-plane GaN substrate
JP2006290697A (ja) 窒化物半導体基板及びその製造方法
JP4396649B2 (ja) ＧａＮ結晶基板およびその製造方法
JP2016023123A (ja) 窒化ガリウム基板
JP5120285B2 (ja) Ｉｉｉ−ｖ族窒化物系半導体自立基板の製造方法
JP6143145B2 (ja) β−Ｇａ２Ｏ３単結晶層の製造方法、β―Ｇａ２Ｏ３単結晶層付きサファイア基板、β―Ｇａ２Ｏ３自立単結晶及びその製造方法
JP2018024539A (ja) Ｃ面ＧａＮ基板
JP2013075791A (ja) Ｉｉｉ族窒化物半導体結晶の製造方法、ｉｉｉ族窒化物半導体基板およびｉｉｉ族窒化物半導体結晶
JP2021008399A (ja) ＧａＮ単結晶およびＧａＮ単結晶製造方法
JP2011157275A (ja) ＧａＮ結晶基板
WO2024161621A1 (ja) 窒化ガリウム単結晶基板およびその製造方法
WO2023218558A1 (ja) 窒化ガリウム単結晶基板およびその製造方法
WO2024181345A1 (ja) 窒化ガリウム基板
US20240318350A1 (en) Defect reduction in diamond
TW202432919A (zh) 氮化鎵單晶基板及其製造方法
JP2002231640A (ja) 窒化ガリウム基板及びその製造方法
Zauner Homo-and hetero-epitaxial growth of gallium nitride by metalorganic chemical vapour deposition
Preobrazhenskii et al. Control of wurzite GaN layer polarity on initial stages of growth during ammonia molecular beam epitaxy on (0001) Al/sub 2/O/sub 3/substrate

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Annulment or lapse of patent due to non-payment of fees