專利名稱：GaN晶體襯底的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于半導(dǎo)體器件等等的GaN晶體襯底，具體涉及一種其前和后表面可互相區(qū)分的GaN晶體襯底。
背景技術(shù)：
GaN晶體襯底被廣泛地用作半導(dǎo)體器件如發(fā)光器件、電子設(shè)備或半導(dǎo)體傳感器用的襯底。這里，通過在其上生長(zhǎng)晶體的GaN晶體襯底的表面(也稱為晶體生長(zhǎng)表面或前表面，下面相同)上形成至少一個(gè)半導(dǎo)體層，形成半導(dǎo)體器件。由此，為了制造半導(dǎo)體器件，必需區(qū)分GaN晶體襯底的前表面和后表面(后表面是與晶體生長(zhǎng)表面相對(duì)的表面，下面相同)。
通過沿規(guī)定的晶體取向劃分包括GaN晶體襯底和在其前表面上形成的至少一個(gè)半導(dǎo)體層的晶片，可以獲得每個(gè)半導(dǎo)體器件芯片。由此，為了制造半導(dǎo)體器件，也必需識(shí)別晶體取向。
為了區(qū)分這種GaN晶體襯底的前和后表面，通常需要形成至少兩個(gè)取向平面。為了識(shí)別GaN晶體襯底的晶體取向，平行于襯底中(例如，取向<1-100>)的特定取向形成至少一個(gè)取向平面(例如，參見日本專利特許公開號(hào)2002-356398)。
但是，當(dāng)在其上由具有這種取向平面的GaN晶體襯底生長(zhǎng)晶體的表面上外延地生長(zhǎng)半導(dǎo)體層時(shí)，半導(dǎo)體層的形態(tài)被損害，例如，在襯底的中心和接近該取向平面的部分之間，生長(zhǎng)半導(dǎo)體層的厚度變化。盡管沒有這種取向平面的GaN晶體襯底不涉及損害生長(zhǎng)半導(dǎo)體層的形態(tài)的這種問題，但是前和后表面不能互相區(qū)分和/或不能識(shí)別晶體取向。
由此，希望研制一種GaN晶體襯底，其中可互相區(qū)分前和后表面和/或其中可以識(shí)別晶體取向，而不損害GaN晶體襯底上生長(zhǎng)的半導(dǎo)體層的形態(tài)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種GaN晶體襯底，其中在不損害GaN晶體襯底上生長(zhǎng)的半導(dǎo)體層的形態(tài)(morphology)的條件下，可互相區(qū)分前和后表面。
本發(fā)明的另一目的是提供一種GaN晶體襯底，其中在不損害GaN晶體襯底上生長(zhǎng)的半導(dǎo)體層的形態(tài)的條件下，可以識(shí)別晶體取向。
本發(fā)明涉及一種GaN晶體襯底，具有晶體生長(zhǎng)表面；和與該晶體生長(zhǎng)表面相對(duì)的后表面。晶體生長(zhǎng)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)與表而粗糙度Ra(C)的比率Ra(R)/Ra(C)至少是50。
根據(jù)本發(fā)明的GaN晶體襯底還包括在所述后表面形成的激光標(biāo)記。該激光標(biāo)記可以形成為指示任意規(guī)定的晶體取向。
本發(fā)明涉及一種GaN晶體襯底，包括矩陣晶體區(qū)；以及不同取向的晶體區(qū)，其包括其至少一個(gè)晶軸不同于矩陣晶體區(qū)的晶體的晶體。該不同取向的晶體區(qū)形成為具有表示任意規(guī)定的晶體取向的形狀。
在根據(jù)本發(fā)明的GaN晶體襯底中，不同取向的晶體區(qū)在厚度方向貫穿襯底。該襯底具有其上生長(zhǎng)晶體的晶體生長(zhǎng)表面，和與該晶體生長(zhǎng)表面相對(duì)的后表面。在襯底的晶體生長(zhǎng)表面和后表面上分別出現(xiàn)的不同取向的晶體區(qū)相對(duì)于襯底的外部形狀可以互相不同。這里，不同取向的晶體區(qū)可以是c-軸反向的晶體區(qū)，該c-軸反向的晶體區(qū)由a-軸取向與矩陣晶體區(qū)的晶體相同和c-軸取向與矩陣晶體區(qū)的晶體反向的晶體形成。該不同取向的晶體區(qū)可以是多晶區(qū)，包括a-軸取向不同于矩陣晶體區(qū)的晶體和c-軸取向與矩陣晶體區(qū)的晶體相同的多個(gè)晶體。
根據(jù)本發(fā)明，可以在不損害GaN晶體襯底上生長(zhǎng)的半導(dǎo)體層的形態(tài)的條件下，提供其中可相互區(qū)分前和后表面的GaN晶體襯底。此外，根據(jù)本發(fā)明，可以提供其中可以識(shí)別晶體取向的GaN晶體襯底。
當(dāng)結(jié)合附圖時(shí)，由本發(fā)明的以下詳細(xì)描述，本發(fā)明的上述及其他目的、特點(diǎn)、方面和優(yōu)點(diǎn)將變得更明白。


圖1A示出了根據(jù)本發(fā)明的GaN晶體襯底的一個(gè)實(shí)施例的示意性頂視圖。
圖1B是對(duì)應(yīng)于圖1A的示意性側(cè)視圖。
圖1C是對(duì)應(yīng)于圖1A的示意性底視圖。
圖2A示出了根據(jù)本發(fā)明的GaN晶體襯底的另一實(shí)施例的示意性頂視圖。
圖2B是沿圖2A和2C中的IIB的示意性剖面圖。
圖2C是對(duì)應(yīng)于圖2A的示意性底視圖。
圖3A示出了根據(jù)本發(fā)明的GaN晶體襯底的再一實(shí)施例的示意性頂視圖。
圖3B是沿圖3A和3C中的IIIB的示意性剖面圖。
圖3C是對(duì)應(yīng)于圖3A的示意性底視圖。
圖4A示出了根據(jù)本發(fā)明的GaN晶體襯底的再一實(shí)施例的示意性頂視圖。
圖4B是沿圖4A和4C中的IVB的示意性剖面圖。
圖4C是對(duì)應(yīng)于圖4A的示意性底視圖。
圖5A示出了根據(jù)本發(fā)明的GaN晶體襯底的又一實(shí)施例的示意性頂視圖。
圖5B是沿圖5A和5C中的VB的示意性剖面圖，圖5C是對(duì)應(yīng)于圖5A的示意性底視圖，圖6A示出了根據(jù)本發(fā)明的GaN晶體襯底的再一實(shí)施例的示意性頂視圖。
圖6B是沿圖6A和6C中的VIB的示意性剖面圖。
圖6C是對(duì)應(yīng)于圖6A的示意性底視圖。
圖7A示出了根據(jù)本發(fā)明的GaN晶體襯底的再一實(shí)施例的示意性頂視圖。
圖7B是沿圖7A和7D中的VIIB的示意性剖面圖，圖7C是沿圖7A和7D中的VIIC的示意性剖面圖。
圖7D是對(duì)應(yīng)于圖7A的示意性底視圖。
圖8A示出了根據(jù)本發(fā)明的GaN晶體襯底的再一實(shí)施例的示意性頂視圖。
圖8B是沿圖8A和8D中的VIIIB的示意性剖面圖。
圖8C是沿圖8A和8D中的VIIIC的示意性剖面圖。
圖8D是對(duì)應(yīng)于圖8A的示意性底視圖。
圖9A是示意性放大剖面圖，在該圖中不同取向的晶體區(qū)是c-軸反向晶體區(qū)。
圖9B是示意性放大剖面圖，在該圖中不同取向的晶體區(qū)是多晶區(qū)。
圖10示出了GaN晶體襯底的制造方法的一個(gè)實(shí)施例的示意性剖面圖，包括作為其一部分的c-軸反向晶體區(qū)，作為不同取向的晶體區(qū)。
圖11示出了GaN晶體襯底的制造方法的一個(gè)實(shí)施例的示意性剖面圖，包括作為其一部分的多晶區(qū)，作為不同取向的晶體區(qū)。
具體實(shí)施例方式
第一實(shí)施例參考圖1A-1C，在根據(jù)本發(fā)明的GaN晶體襯底的實(shí)施例中，晶體生長(zhǎng)表面10c的粗糙度Ra(C)至多是10nm，而與晶體生長(zhǎng)表面10c相對(duì)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)與表面粗糙度Ra(C)的比率Ra(R)/Ra(C)至少是50。利用本實(shí)施例的GaN晶體襯底10，可在視覺上容易區(qū)分襯底的前和后表面，而其上生長(zhǎng)的半導(dǎo)體層的形態(tài)不被損壞。
注意到表面粗糙度Ra(C)(指晶體生長(zhǎng)表面10c的粗糙度Ra(C)和后表面10r的粗糙度Ra(R))是通過在其平均表面的方向中采樣來自粗糙度曲線的參考區(qū)，累加從采樣部分的平均表面到測(cè)量曲線偏離的絕對(duì)值，并計(jì)算該參考區(qū)的平均值獲得的值。對(duì)于具有小表面粗糙度的表面，表面粗糙度Ra可以使用采用光學(xué)干涉測(cè)量法的測(cè)量設(shè)備來測(cè)量，以及對(duì)于具有大表面粗糙度的表面，可以使用3D-SEM(三維掃描電子顯微鏡)來測(cè)量。
如果晶體生長(zhǎng)表面10c的粗糙度Ra(C)(下面也稱為表面粗糙度Ra(C))大于10nm，那么其上生長(zhǎng)的半導(dǎo)體層的形態(tài)被損害。此外，后表面10r的粗糙度Ra(R)(下面也稱為表面粗糙度Ra(R))之間的差值變小。因此，在視覺上不能容易地區(qū)分襯底的前和后表面。注意到，在當(dāng)前的拋光技術(shù)中，表面粗糙度Ra(C)可以被減小到約0.1nm。
如果后表面10r的粗糙度Ra(R)小于0.5μm，那么晶體生長(zhǎng)表面10c的粗糙度Ra(R)之間的差值變小。因此，在視覺上不能容易地區(qū)分襯底的前和后表面。如果后表面10r的粗糙度Ra(R)大于10μm，那么當(dāng)在GaN晶體襯底的晶體生長(zhǎng)表面10c上生長(zhǎng)半導(dǎo)體層時(shí)，GaN晶體襯底的后表面和基座(其上放置并加熱GaN晶體襯底的工作臺(tái)，下面相同)之間接觸變得不均勻。這導(dǎo)致從基座至GaN晶體襯底的熱交換不均勻分布，以及生長(zhǎng)的半導(dǎo)體層的形態(tài)被損壞。
如果后表面10r的表面粗糙度Ra(R)與晶體生長(zhǎng)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)之間的差值變小。因此，在視覺上不能容易地區(qū)分襯底的前和后表面。
第二實(shí)施例參考圖2A-2C，在根據(jù)本發(fā)明的GaN晶體襯底的另一實(shí)施例中，類似于第一實(shí)施例的GaN晶體襯底，晶體生長(zhǎng)表面10c的粗糙度Ra(C)至多是10nm，而與晶體生長(zhǎng)表面10c相對(duì)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)與表面粗糙度Ra(C)的比率Ra(R)/Ra(C)至少是50。由此，利用本實(shí)施例的GaN晶體襯底，在視覺上可以容易地區(qū)分前和后表面。
此外，參考圖2A-2C，本實(shí)施例的GaN晶體襯底10包括在其后表面10r形成的激光標(biāo)記12。激光標(biāo)記12形成為表示任意規(guī)定的晶體取向10a。因?yàn)樵贕aN晶體襯底10的后表面10r形成激光標(biāo)記12時(shí)，在晶體生長(zhǎng)表面10c上可以生長(zhǎng)形態(tài)優(yōu)異的半導(dǎo)體層。因?yàn)榧す鈽?biāo)記12形成為表示GaN晶體襯底的任意規(guī)定晶體取向10a，所以GaN晶體襯底10的任意規(guī)定晶體取向10a可以被識(shí)別。
這里，參考圖2A-2C，表示GaN晶體襯底10的任意規(guī)定晶體取向10a的激光標(biāo)記12的形成方法不被具體地限制。例如，通過分別平行于取向<1-100>或取向<11-20>，在GaN晶體襯底10的后表面10r線性地形成激光標(biāo)記12作為GaN晶體襯底的任意規(guī)定晶體取向10a，可以識(shí)別晶體取向<1-100>或<11-20>。
當(dāng)在晶體生長(zhǎng)表面10c不形成激光標(biāo)記12而是在后表面10r形成，且因此其形狀不被具體地限制時(shí)，優(yōu)選寬度W至少是30μm以及至多1000μm，深度D至少是5μm和至多30μm，以及長(zhǎng)度L至少是5mm和至多20mm。如果寬度W小于30Mm，那么在視覺上不能容易地區(qū)分襯底的前和后表面。如果它大于1000μm，那么當(dāng)在襯底的晶體生長(zhǎng)表面上生長(zhǎng)外延晶體時(shí)，GaN晶體襯底的后表面10r和基座(是用于保持GaN晶體襯底的工作臺(tái)，其表面與襯底的后表面接觸并用來加熱襯底，下面相同)之間的接觸變差。因此，幾乎不能獲得優(yōu)異的外延晶體。如果深度D小于5μm，那么在視覺上不能容易地區(qū)分襯底的前和后表面。當(dāng)它大于30μm時(shí)，襯底有斷裂傾向。如果長(zhǎng)度L小于5mm，那么在對(duì)準(zhǔn)到規(guī)定取向中，可能發(fā)生未對(duì)準(zhǔn)。如果它大于20mm，當(dāng)在襯底的晶體生長(zhǎng)表面10c上生長(zhǎng)外延晶體時(shí)，襯底的后表面10r和基座之間的接觸變差。因此，幾乎不能獲得優(yōu)異的外延晶體。
在圖2A-2C中，當(dāng)平行于任意規(guī)定晶體取向10a線性地形成激光標(biāo)記12時(shí)，激光標(biāo)記12可以形成為在任意的晶體取向10a之間形成一定的角度。它也可以形成為點(diǎn)，或標(biāo)記列和/或數(shù)字。
由此，利用本實(shí)施例的GaN晶體襯底，可以在視覺上容易地區(qū)分前和后表面，以及也可以在視覺上容易地識(shí)別晶體取向。
這里，參考圖2A-2C，在GaN晶體襯底10的后表面10r形成激光標(biāo)記12的方法不被具體地限制。當(dāng)在GaN晶體襯底10的后表面10r形成激光標(biāo)記12時(shí)，該GaN晶體襯底10對(duì)于可見光(指具有約400nm-800nm范圍內(nèi)的峰值波長(zhǎng)的光)是透明的，可以通過在GaN晶體襯底10的后表面10r上發(fā)射具有至多400nm峰值波長(zhǎng)的光束或具有至少5000nm峰值波長(zhǎng)的光束，以在后表面10r形成溝槽狀凹入部分，來進(jìn)行該形成工序。
第三實(shí)施例參考圖3A-3C和4A-4C，根據(jù)本發(fā)明的GaN晶體襯底的再一實(shí)施例包括矩陣晶體區(qū)11和不同取向的晶體區(qū)13，該不同取向的晶體區(qū)13包括至少一個(gè)晶軸不同于矩陣晶體區(qū)11的晶體的晶體。不同取向的晶體區(qū)13形成為具有表示任意規(guī)定的晶體取向10a的形狀。
由于不同取向的晶體區(qū)13包括至少一個(gè)晶軸不同于矩陣晶體區(qū)11的晶體的晶體，因此由于光吸收量的差異，在發(fā)光/黑暗上，不同取向的晶體區(qū)13和矩陣晶體區(qū)11相互不同。這能夠使不同取向的晶體區(qū)13和矩陣晶體區(qū)11在視覺上相互分開。此外，由于不同取向的晶體區(qū)13形成有表示GaN晶體襯底10的任意規(guī)定晶體取向10a的形狀，因此GaN晶體襯底10的任意規(guī)定晶體取向10a可以被識(shí)別。
這里，參考圖3A-3C和4A-4C，形成不同取向的晶體區(qū)13以具有表示GaN晶體襯底10的任意規(guī)定晶體取向10a的形狀的方法不被具體地限制。當(dāng)GaN晶體襯底10的任意規(guī)定晶體取向10a是方向<1-100>或<11-20>時(shí)，例如，通過在GaN晶體襯底10的晶體生長(zhǎng)表面10c和后表面10r上形成不同取向的晶體區(qū)13，以具有平行于取向<1-100>或<11-20>的線性形狀或虛線形狀，晶體取向<1-100>或<11-20>可以被識(shí)別。
在圖3A-3C中，盡管不同取向的晶體區(qū)13形成有平行于任意規(guī)定晶體取向10a的線性形狀，但是可以將不同取向的晶體區(qū)13形成為在任意規(guī)定的晶體取向10a之間形成一定的角度。它也可以形成為點(diǎn)或標(biāo)記的列。
在本實(shí)施例中，如圖3A-3C和4A-4C所示，不同取向的晶體區(qū)13在厚度方向上貫穿GaN晶體襯底10。這里，如圖3A-3C所示，分別出現(xiàn)在晶體生長(zhǎng)表面10c和后表面10r上的不同取向晶體區(qū)13的第一和第二圖形P1和P2相對(duì)于襯底的外部形狀可以彼此相同。另外，如圖4A-4C所示，分別出現(xiàn)在晶體生長(zhǎng)表面10c和后表面10r上的不同取向晶體區(qū)13的第一和第二圖形P1和P2相對(duì)于襯底的外部形狀可以彼此不同。
這里，具體地，圖3A-3C所示的不同取向晶體區(qū)13的圖形例子如下。第一和第二圖形P1和P2相對(duì)于在厚度方向上平等地劃分襯底的平面10h鏡面對(duì)稱。此外，第一和第二圖形P1和P2分別包括在從襯底的晶體生長(zhǎng)表面和后表面的中心(未示出)位移的位置處出現(xiàn)的不同取向晶體區(qū)13。這里，不同取向的晶體區(qū)13的縱向中的中心線13k是直線并平行于任意規(guī)定的晶體取向10a。
圖4A-4C所示的不同取向晶體區(qū)13的圖形例子如下。第一和第二圖形P1和P2相對(duì)于在厚度方向上平等地劃分襯底的平面10h鏡面對(duì)稱。此外，第一和第二圖形P1和P2每個(gè)包括分別從襯底的晶體生長(zhǎng)表面和后表面的中心(未示出)位移的位置處出現(xiàn)的兩個(gè)不同取向晶體區(qū)13。這里，每個(gè)不同取向晶體區(qū)13的縱向中的長(zhǎng)度L1和L3彼此不同。每個(gè)不同取向的晶體區(qū)13的縱向中的中心線13k是直線并平行于任意規(guī)定的晶體取向10a。
這里，參考圖3A-3C和4A-4C，盡管不同取向的晶體區(qū)13的寬度W和長(zhǎng)度L未被具體地限制，但是優(yōu)選寬度W至少是10μm和至多1000μm，而長(zhǎng)度L至少是5mm和至多20mm。如果寬度W小于10μm，那么當(dāng)GaN晶體生長(zhǎng)時(shí)，不同取向的晶體區(qū)13可以消失。如果寬度W大于1000μm，那么矩陣晶體區(qū)11變小。如果長(zhǎng)度L小于5mm，那么晶體取向可能幾乎不被識(shí)別，以及當(dāng)GaN晶體生長(zhǎng)時(shí)，不同取向的晶體區(qū)13可能消失。當(dāng)長(zhǎng)度L大于20mm時(shí)，矩陣晶體區(qū)11變小。盡管在圖3A-3C和4A-4C中，形成具有線性形狀或虛線形狀的一個(gè)不同取向的晶體區(qū)13，考慮到不同取向的晶體區(qū)13隨GaN晶體的生長(zhǎng)消失，優(yōu)選形成多個(gè)(例如，多個(gè)線或多個(gè)虛線的)不同取向的晶體區(qū)13。
此外，參考圖3A-3C和4A-4C，在本實(shí)施例的GaN晶體襯底10中，類似于第一實(shí)施例的GaN晶體襯底，優(yōu)選晶體生長(zhǎng)表面10c的粗糙度Ra(C)至多是10nm，而與晶體生長(zhǎng)表面10c相對(duì)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)與表面粗糙度Ra(C)的比率Ra(R)/Ra(C)至少是50。通過比率Ra(R)/Ra(C)至少是50，在視覺上容易相互區(qū)分襯底的前和后表面。
第四實(shí)施例參考圖4A-4C，5A-5C，6A-6C，7A-7D以及8A-8D，根據(jù)本發(fā)明的GaN晶體襯底的再一實(shí)施例包括，類似于第三實(shí)施例，矩陣晶體區(qū)11和不同取向的晶體區(qū)13，該不同取向的晶體區(qū)13包括在至少一個(gè)晶軸不同于矩陣晶體區(qū)11的晶體的晶體。不同取向的晶體區(qū)13形成為有表示任意規(guī)定晶體取向10a的形狀。此外，在本實(shí)施例的GaN晶體襯底10中，不同取向的晶體區(qū)13在厚度方向上貫穿襯底。在襯底的晶體生長(zhǎng)表面10c和后表面10r上分別出現(xiàn)的不同取向晶體區(qū)13的第一和第二圖形P1和P2相對(duì)于襯底的外部形狀可以彼此不同。
在本實(shí)施例的GaN晶體襯底10中，不同取向的晶體區(qū)13形成有表示任意規(guī)定晶體取向10a的形狀，在襯底的晶體生長(zhǎng)表面10c和后表面10r上分別出現(xiàn)的不同取向晶體區(qū)13的第一和第二圖形P1和P2相對(duì)于襯底的外部形狀彼此不同。因此，與后表面10r的表面粗糙度Ra(R)與晶體生長(zhǎng)表面10c的表面粗糙度Ra(R)的比率Ra(R)/Ra(C)的大小無關(guān)，例如，即使當(dāng)比率Ra(R)/Ra(C)小于50時(shí)，襯底的晶體取向也可以被識(shí)別，以及其前后表面可被相互區(qū)分。
在本實(shí)施例的GaN晶體襯底10中，“在襯底的晶體生長(zhǎng)表面10c和后表面10r上分別出現(xiàn)的不同取向晶體區(qū)13的第一和第二圖形P1和P2相對(duì)于襯底的外部形狀彼此不同”意味著第一和第二圖形P1和P2的位置關(guān)系相對(duì)于襯底的外部形狀彼此不同。下面示出一個(gè)例子。
參考圖4A-4C，本實(shí)施例的不同取向晶體區(qū)13的圖形例子如下。第一和第二圖形P1和P2相對(duì)于在厚度方向上平等地劃分襯底的平面10h鏡面對(duì)稱。此外，第一和第二圖形P1和P2每個(gè)分別包括從襯底的晶體生長(zhǎng)表面和后表面的中心(未示出)位移的位置處出現(xiàn)的兩個(gè)不同取向晶體區(qū)13。這里，每個(gè)不同取向晶體區(qū)13的縱向中的長(zhǎng)度L1和L3彼此不同。每個(gè)不同取向晶體區(qū)13的縱向中的中心線13k是一條直線并平行于任意規(guī)定的晶體取向10a，參考圖5A-5C，本實(shí)施例的不同取向晶體區(qū)13的圖形的另一例子如下。第一和第二圖形P1和P2相對(duì)于在厚度方向上平等地劃分襯底的平面10h鏡面對(duì)稱。此外，當(dāng)分別從襯底的晶體生長(zhǎng)表面和后表面的中心(未示出)位移的位置處出現(xiàn)時(shí)，包括不同取向晶體區(qū)13的第一和第二圖形P1和P2是二維三角形。這里，不同取向晶體區(qū)13的縱向中的中心線13k平行于任意規(guī)定的晶體取向10a，參考圖6A-6C，本實(shí)施例的不同取向晶體區(qū)13的圖形的再一例子如下。第一和第二圖形P1和P2相對(duì)于在厚度方向上平等地劃分襯底的平面10h鏡面對(duì)稱。此外，當(dāng)分別從襯底的晶體生長(zhǎng)表面和后表面的中心(未示出)位移的位置處出現(xiàn)時(shí)，包括不同取向的晶體區(qū)13的第一和第二圖形P1和P2是二維四邊形。這里，為二維四邊形的不同取向的晶體區(qū)13僅僅具有與襯底的周邊接觸的其一個(gè)端子。不同取向的晶體區(qū)13的縱向中的中心線13k平行于任意規(guī)定的晶體取向10a，參考圖7A-7D，本實(shí)施例的不同取向晶體區(qū)13的圖形的再一例子如下。第一和第二圖形P1和P2相對(duì)于在厚度方向上平等地劃分襯底的平面10h鏡面對(duì)稱。此外，當(dāng)分別從襯底的晶體生長(zhǎng)表面和后表面的中心(未示出)位移的位置處出現(xiàn)時(shí)，包括兩個(gè)不同取向的晶體區(qū)13的第一和第二圖形P1和P2每個(gè)是二維多邊形。這里，各個(gè)不同取向的晶體區(qū)13的寬度W1和W2彼此不同。穿過每個(gè)不同取向晶體區(qū)13的中心的中心線13k平行于任意規(guī)定的晶體取向10a，參考圖8A-8D，本實(shí)施例的不同取向晶體區(qū)13的圖形的再一例子如下。第一和第二圖形P1和P2相對(duì)于在厚度方向上平等地劃分襯底的平面10h鏡面對(duì)稱。此外，當(dāng)分別從襯底的晶體生長(zhǎng)表面和后表面的中心(未示出)位移的位置處出現(xiàn)時(shí)，包括兩個(gè)不同取向晶體區(qū)13的第一和第二圖形P1和P2每個(gè)是二維球形。這里，各個(gè)不同取向晶體區(qū)13的直徑W1和W2彼此不同。穿過每個(gè)不同取向晶體區(qū)13的中心的中心線13k平行于任意規(guī)定的晶體取向10a，注意到術(shù)語球形包括圓形和橢圓形。注意到橢圓區(qū)的直徑指橢圓的短軸或主軸。
第五實(shí)施例參考圖3A-3C，4A-4C，5A-5C，6A-6C，7A-7D，8A-8D以及9A，在第三或第四實(shí)施例的GaN晶體襯底10中，優(yōu)選不同取向的晶體區(qū)13是c-軸反向的晶體區(qū)13t，其由a-軸取向與矩陣晶體區(qū)11的晶體相同和c-軸方向與矩陣晶體區(qū)11的晶體反向的晶體形成。
這里，“a-軸方向相同”意味著在c-軸反向晶體區(qū)13t中包括的至少一個(gè)晶體的a-軸和在矩陣晶體區(qū)11中包括的晶體的a-軸具有基本上相同取向的方向矢量，各個(gè)a-軸之間的位移角小于30°。這里，“軸之間的位移角”指兩個(gè)晶體的某些晶軸(諸如a-軸、c-軸等等)之間形成的立體角，可以通過XRD(X射線衍射)和EBSP(電子后向散射圖形)測(cè)量。
“c-軸方向反向”意味著在c-軸反向晶體區(qū)13t中包括的至少一個(gè)晶體的c-軸具有與在矩陣晶體區(qū)11中包括的晶體的c-軸方向矢量基本上相反的方向矢量。這里，“具有基本上相反的方向矢量”意味著在c-軸反向晶體區(qū)13t中包括的至少一個(gè)晶體的c-軸和在矩陣晶體區(qū)11中包括的晶體的c-軸之間的位移角小于30°以及它們的方向矢量彼此相反。
GaN晶體襯底10的矩陣晶體區(qū)11和c-軸反向晶體區(qū)13t可以使用熒光顯微鏡來觀察。每個(gè)晶體區(qū)中的晶軸可以由XRD決定。除利用熒光顯微鏡之外，通過會(huì)聚束電子衍射的極性差異，主表面(意味著晶體生長(zhǎng)表面10c和后表面10r，下面相同)的處理速率(意味著拋光速率和刻蝕速率，下面相同)的差異，可以容易地互相區(qū)分c-軸反向晶體區(qū)13t和矩陣晶體區(qū)11。
當(dāng)不同取向的晶體區(qū)13是c-軸反向晶體區(qū)13t時(shí)，參考圖9A，在GaN晶體襯底10的晶體生長(zhǎng)表面10c上出現(xiàn)矩陣晶體區(qū)11的Ga原子表面11g和c-軸反向晶體區(qū)13t的N原子表面13n，以及在GaN晶體襯底10的后表面10r上出現(xiàn)矩陣晶體區(qū)11的N原子表面11n和c-軸反向晶體區(qū)13t的Ga原子表面13g。
這里，由于在GaN晶體中N原子表面的處理速率大于Ga原子表面的，當(dāng)通過拋光或刻蝕處理GaN晶體襯底10的主表面(晶體生長(zhǎng)表面10c和后表面10r)時(shí)，如圖9A所示，在晶體生長(zhǎng)表面10c上，c-軸反向晶體區(qū)13t的N原子表面13n相對(duì)于矩陣晶體區(qū)11的Ga原子表面11g形成凹入部分。在后表面10r側(cè)面上，c-軸反向晶體區(qū)13t的Ga原子表面13g相對(duì)于矩陣晶體區(qū)11的N原子表面11n形成凸起部分。
如上，在已通過拋光等等處理的GaN晶體襯底10的主表面上，在c-軸反向晶體區(qū)13t和矩陣晶體區(qū)11之間的邊界部分產(chǎn)生水平差，這能夠容易目視識(shí)別c-軸反向晶體區(qū)13t的位置和形狀。該水平差約為0.1μm-2μm，盡管它可能取決于主表面的處理?xiàng)l件而變化。
參考圖10，盡管作為不同取向晶體區(qū)的其部分c-軸反向晶體區(qū)13t中包括的GaN晶體襯底10的制造方法被具體地限制，但是該制造方法可以例如如下執(zhí)行。首先，在研磨襯底1上，形成被構(gòu)圖為具有規(guī)定形狀(例如，具有寬度W和長(zhǎng)度L的線)的掩模層2。這里，研磨襯底1未被具體地限制，只要它能夠外延地生長(zhǎng)GaN晶體。優(yōu)選使用藍(lán)寶石襯底、GaAs襯底、SiC襯底等等。掩模層2未被具體地限制，只要它能夠抑制GaN晶體的生長(zhǎng)。例如，優(yōu)選使用諸如非晶SiO2層、非晶Si3N4層的絕緣層；諸如Ti層、Ni層、W層的金屬層等等。這種掩模層2通過濺射、CVD(化學(xué)氣相淀積)等等形成。掩模層2的構(gòu)圖通過光刻等等進(jìn)行。
接下來，在形成構(gòu)圖為規(guī)定形狀的掩模層2(具有寬度W和長(zhǎng)度L的線)的研磨襯底1上生長(zhǎng)GaN晶體5。在研磨襯底1上形成矩陣晶體區(qū)11，以及在掩模層2上形成構(gòu)圖為規(guī)定形狀(具有寬度W和長(zhǎng)度L的線)的c-軸反向晶體區(qū)13t。這里，生長(zhǎng)GaN晶體的方法未被具體地限制，只要它能夠外延生長(zhǎng)，但是優(yōu)選使用HVPE(氫化物汽相處延)、MOCVD(金屬有機(jī)汽相外延)等等。這里，按照GaN晶體的快速生長(zhǎng)速率，優(yōu)選使用HVPE。
接下來，平行于研磨襯底1的主表面，在表面10u和10d切割如上獲得的GaN晶體5。該主表面通過拋光和/或刻蝕處理，以獲得GaN晶體襯底10。
第六實(shí)施例參考圖3A-3C，4A-4C，5A-5C，6A-6C，7A-7D，8A-8D以及9B，在第三或第四實(shí)施例的GaN晶體襯底10中，優(yōu)選不同取向的晶體區(qū)13是多晶區(qū)13m，該多晶區(qū)13m包括a-軸方向不同于矩陣晶體區(qū)11和c-軸方向與矩陣晶體區(qū)的晶體相同的多個(gè)晶體。
這里，“a-軸方向不同”意味著多晶區(qū)13m中包括的多個(gè)晶體的a-軸和矩陣晶體區(qū)11中包括的晶體的a-軸具有基本上不同取向的方向矢量，各個(gè)a-軸之間的位移角至多是60°。這里，相對(duì)于矩陣晶體區(qū)11中包括的晶體的a-軸方向，多晶區(qū)13m中包括的多個(gè)晶體的a-軸方向被隨機(jī)分布在至多60°的位移角范圍內(nèi)。
這里，“多晶區(qū)13m中的晶體在c-軸方向與矩陣晶體區(qū)11的晶體相同”意味著多晶區(qū)13m中包括的多個(gè)晶體的c-軸與矩陣晶體區(qū)11中包括的晶體的c-軸具有基本上相同取向的方向矢量，各個(gè)c-軸之間的位移角小于30°。
GaN晶體襯底10的矩陣晶體區(qū)11和多晶區(qū)13m可以使用熒光顯微鏡來觀察。每個(gè)晶體區(qū)中的晶軸可以由XRD(X射線衍射)決定。除使用熒光顯微鏡、XRD之外，通過主表面的處理速率差異等等，可以容易地區(qū)分多晶區(qū)13m和矩陣晶體區(qū)11。
當(dāng)不同取向的晶體區(qū)13是多晶區(qū)13m時(shí)，參考圖9B，由于多晶區(qū)13m的主表面的處理速率(拋光速率和刻蝕速率)大于單晶矩陣晶體區(qū)11，當(dāng)通過拋光等等處理GaN晶體襯底10的主表面時(shí)，如圖9B所示，在晶體生長(zhǎng)表面10c側(cè)面上，多晶區(qū)13m的Ga原子表面13g相對(duì)于矩陣晶體區(qū)11的Ga原子表面11g形成凹入部分。在后表面10r側(cè)面上多晶區(qū)13m的N原子表面13n相對(duì)于矩陣晶體區(qū)11的N原子表面11n也形成凹入部分。
如上，在通過拋光、刻蝕等等處理過的GaN晶體襯底10的主表面上，在多晶區(qū)13m和矩陣晶體區(qū)11之間的邊界部分處產(chǎn)生水平差，該水平差使得能夠容易地目視識(shí)別多晶區(qū)13m的位置和形狀。該水平差約為0.1μm-2μm，盡管它可能取決于主表面的處理?xiàng)l件而變化。
參考圖11，盡管作為不同取向的晶體區(qū)的其部分多晶區(qū)13m中包括的GaN晶體襯底10的制造方法被具體地限制，但是，該制造方法可以例如如下進(jìn)行。首先，在研磨襯底1上，形成被構(gòu)圖有規(guī)定形狀(例如，具有寬度W和長(zhǎng)度L的線)的掩模層2。這里，研磨襯底1未被具體地限制，只要它能夠外延地生長(zhǎng)GaN晶體。優(yōu)選使用藍(lán)寶石襯底、GaAs襯底、SiC襯底等等。掩模層2不被具體地限制，只要它能夠抑制GaN晶體的生長(zhǎng)，以及只要掩模層2具有在掩模層2上形成核心晶體3，以致核心晶體3的a-軸取向不同于矩陣晶體區(qū)的晶體的a-軸取向的性能。優(yōu)選使用非晶SiO2層、非晶Si3N4層等等。這種掩模層2通過濺射、CVD(化學(xué)氣相淀積)等等形成。掩模層2的構(gòu)圖通過光刻等等進(jìn)行。
接下來，在形成構(gòu)圖為規(guī)定形狀的掩模層2(具有寬度W和長(zhǎng)度L的線)的研磨襯底1上，生長(zhǎng)GaN晶體5。這里，設(shè)置GaN氣體達(dá)到過飽和的GaN晶體的生長(zhǎng)條件(例如，當(dāng)通過HVPE生長(zhǎng)GaN晶體時(shí)，從GaN晶體生長(zhǎng)開始，Ga材料氣體的分壓大于2.5kPa，以及N材料氣體的分壓大于30kPa至少三分鐘時(shí)的條件)，在掩模層2上形成GaN的多個(gè)核心晶體3。由每個(gè)核心晶體3，生長(zhǎng)具有與矩陣晶體中的晶體的a-軸取向不同的a-軸取向的晶體，以形成多晶區(qū)13m。
接下來，平行于研磨襯底1的主表面，在表面10u和10d，切割如上獲得的GaN晶體5。通過拋光和/或刻蝕處理晶體生長(zhǎng)表面和/或后表面，以獲得GaN晶體襯底10。
對(duì)于具有小表面粗糙度的表面，通過使用采用光學(xué)干涉量度法的測(cè)量設(shè)備進(jìn)行本發(fā)明中的表面粗糙度測(cè)量，對(duì)于具有大表面粗糙度的表面通過使用3D-SEM進(jìn)行本發(fā)明中的表面粗糙度測(cè)量，兩者都在100μm×100μm正方形作為參考區(qū)的范圍內(nèi)。
例1通過HVPE，在GaCl氣體，即Ga材料氣體的分壓是2.5kPa，以及NH3氣體，即N材料氣體的分壓是15kPa的條件下，在藍(lán)寶石襯底上生長(zhǎng)具有50.8mm直徑和3mm厚度的GaN晶體，該藍(lán)寶石襯底為具有50.8mm直徑和350μm厚度的研磨襯底。平行于研磨襯底的主表面，切割該GaN晶體，以制造具有50mm直徑和400μm厚度的GaN晶體襯底10，如圖1A-1C所示。
獲得的GaN晶體襯底10的后表面10r和晶體生長(zhǎng)表面10c被如下所述處理。使用利用鍵合，通過固定具有40μm晶粒尺寸的SiC磨粒制成的固定磨粒，該后表面經(jīng)受研磨(研磨步驟)。晶體生長(zhǎng)表面經(jīng)受研磨，使用利用鍵合，通過固定具有40μm晶粒尺寸的SiC磨粒制成的固定磨粒(研磨步驟)，經(jīng)受使用6μm晶粒尺寸的SiC磨粒的拋光(粗糙的拋光步驟)，隨后經(jīng)受使用具有2μm晶粒尺寸的SiC磨粒的拋光(精細(xì)的拋光步驟)。
因此，獲得一GaN晶體襯底，其中晶體生長(zhǎng)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)約為430。在晶體生長(zhǎng)表面和后表面之間GaN晶體襯底的光澤是不同的，在視覺上可容易地區(qū)分前和后表面。
例2參考圖2A-2C，在例1中獲得的GaN晶體襯底10的后表面10r上，使用CO2激光形成激光標(biāo)記12，該激光標(biāo)記12是具有100μm的寬度W、25μm的深度D和10mm的長(zhǎng)度L的線性溝槽，平行于取向<11-20>，作為任意規(guī)定的晶體取向10a。利用本例子的GaN晶體襯底，可在視覺上容易地區(qū)分前和后表面，以及通過激光標(biāo)記12也可以在視覺上容易地識(shí)別GaN晶體襯底10的晶體取向。
例3參考圖3A-3C和10，在藍(lán)寶石襯底上，該藍(lán)寶石襯底是具有50.8mm直徑和350μm厚度的研磨襯底1，通過濺射和光刻，形成具有100μm寬度W和10mm長(zhǎng)度L的四邊形非晶SiO2層作為掩模層2，該掩模層2被構(gòu)圖為與圖3A相同的形狀。接下來，在其上形成構(gòu)圖為上述形狀的非晶SiO2層(掩模層2)的藍(lán)寶石襯底(研磨襯底1)上，通過HVPE，在GaCl氣體，即Ga材料氣體的分壓是2.5kPa和NH3氣體，即N材料氣體的分壓是15kPa的條件下，生長(zhǎng)具有50.8mm直徑和3mm厚度的GaN晶體5。
在GaN晶體5中，在藍(lán)寶石襯底(研磨襯底1)上生長(zhǎng)矩陣晶體區(qū)11。在非晶SiO2層(掩模層2)上，生長(zhǎng)c-軸反向的晶體區(qū)13t，作為不同取向的結(jié)晶區(qū)13，其在晶體表面上出現(xiàn)具有95μm寬度W和10mm長(zhǎng)度L的四邊形形狀，如圖3A-3C和10所示。
與例1一樣，平行于研磨襯底1的主表面，切割獲得的GaN晶體5，以制造具有50mm直徑和400μm厚度的GaN晶體襯底10。在獲得的GaN晶體襯底10中，不同取向的晶體區(qū)13在厚度方向上貫穿GaN晶體襯底10，以及在晶體生長(zhǎng)表面10c和后表面10r上分別出現(xiàn)的不同取向晶體區(qū)13的第一和第二圖形P1和P2相對(duì)于GaN晶體襯底10的外部形狀互相相同。
這里，由于不同取向的晶體區(qū)13(在本例子中，c-軸反向晶體區(qū)13t)的晶體生長(zhǎng)速率通常小于矩陣晶體區(qū)11，當(dāng)GaN晶體的生長(zhǎng)厚度增加時(shí)，在晶體表面上出現(xiàn)的不同取向晶體區(qū)13的寬度W往往逐漸地降低。但是，利用具有約400μm厚度的GaN晶體襯底10，在晶體生長(zhǎng)表面10c上出現(xiàn)的不同取向晶體區(qū)13的寬度和在后表面10r上出現(xiàn)的不同取向晶體區(qū)13的寬度基本上相同。這些適用于其他例子。
獲得的GaN晶體襯底的后表面和晶體生長(zhǎng)表面經(jīng)受與例1類似的處理。因此，獲得一GaN晶體襯底，其中晶體生長(zhǎng)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)約為430。在晶體生長(zhǎng)表面10c和后表面10r之間，GaN晶體襯底的光澤是不同的，在視覺上可容易地區(qū)分前和后表面。
利用本例子的GaN晶體襯底，在視覺上可互相區(qū)分前和后表面，以及通過不同取向晶體區(qū)13(c-軸反向晶體區(qū)13t)的形狀，可以識(shí)別GaN晶體襯底10的晶體取向。
例4參考圖4A-4C和10，在藍(lán)寶石襯底上，該藍(lán)寶石襯底是具有50.8mm直徑和350μm厚度的研磨襯底1，通過濺射和光刻，形成分別具有100μm寬度和4mm長(zhǎng)度L1以及具有100μm寬度W和9mm長(zhǎng)度L3的四邊形非晶SiO2層，作為構(gòu)圖為與圖4A相同的形狀的掩模層2。這里，兩個(gè)非晶SiO2層形成為在它們的縱向上通過2mm的長(zhǎng)度L2分開。接下來，在藍(lán)寶石襯底(研磨襯底1)上，在該在藍(lán)寶石襯底上形成構(gòu)圖為上述形狀的非晶SiO2層(掩模層2)，通過HVPE，在GaCl氣體，即Ga材料氣體的分壓是2.5kPa，以及NH3氣體，即N材料氣體的分壓是15kPa的條件下，生長(zhǎng)具有50.8mm直徑和3mm厚度的GaN晶體5。
在GaN晶體5中，在藍(lán)寶石襯底(研磨襯底1)上生長(zhǎng)矩陣晶體區(qū)11。在非晶SiO2層(掩模層2)上，生長(zhǎng)c-軸反向的晶體區(qū)13t作為不同取向的結(jié)晶區(qū)13，其在晶體表面上出現(xiàn)分別具有95μm的寬度W和4mm的長(zhǎng)度L1以及具有95μm的寬度W和9mm的長(zhǎng)度L3的四邊形形狀，如圖4A-4C和10所示。這里，兩個(gè)不同取向晶體區(qū)13(c-軸反向的晶體區(qū)13t)在它們的縱向上通過2mm的長(zhǎng)度L2分開。
與例1一樣，平行于研磨襯底1的主表面切割獲得的GaN晶體5，以制造具有50mm直徑和400μm厚度的GaN晶體襯底10。在獲得的GaN晶體襯底10中，不同取向的晶體區(qū)13(c-軸反向的晶體區(qū)13t)在GaN晶體襯底10的厚度方向上貫穿，以及在晶體生長(zhǎng)表面10c和后表面10r上出現(xiàn)的不同取向晶體區(qū)13的第一和第二圖形P1和P2相對(duì)于襯底的外部形狀互相不同。
獲得的GaN晶體襯底的后表面10r和晶體生長(zhǎng)表面10c經(jīng)受與例1類似的處理。因此，獲得一GaN晶體襯底，其中晶體生長(zhǎng)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)約為2000。在晶體生長(zhǎng)表面和后表面之間GaN晶體襯底的光澤是不同的，在視覺上可容易地區(qū)分前和后表面。
利用本例子的GaN晶體襯底，在視覺上可互相區(qū)分前和后表面，以及通過不同取向晶體區(qū)13的形狀(c-軸反向晶體區(qū)13t)，可以識(shí)別GaN晶體襯底10的晶體取向。在本例子中，在晶體生長(zhǎng)表面10c和后表面10r上分別出現(xiàn)的不同取向晶體區(qū)13的第一和第二圖形P1和P2相對(duì)于GaN晶體襯底10的外部形狀互相不同。因此，即使當(dāng)通過表面粗糙度Ra(晶體生長(zhǎng)表面10c的表面粗糙度Ra(C)和后表面10r的粗糙度Ra(R))，在視覺上不能區(qū)分前和后表面時(shí)，襯底的前和后表面也可被互相區(qū)分，以及晶體取向可以被識(shí)別。
例5類似于例3，生長(zhǎng)具有50.8mm直徑和3mm厚度的GaN晶體5，除了在藍(lán)寶石襯底上形成的掩模層是Ni層，以及通過HVPE生長(zhǎng)GaN晶體的條件是GaCl氣體，即Ga材料氣體的分壓是2.5kPa，以及NH3氣體，即N材料氣體的分壓是25kPa之外。
在GaN晶體5中，在藍(lán)寶石襯底(研磨襯底1)上生長(zhǎng)矩陣晶體區(qū)11。在非晶SiO2層(掩模層2)上，生長(zhǎng)多晶區(qū)13m作為不同取向的晶體區(qū)13，在晶體表面上出現(xiàn)具有95μm的寬度W和11mm的長(zhǎng)度L的四邊形形狀，如圖3A-3C和11所示。
類似于例3，從獲得的GaN晶體5，制備具有50mm直徑和400μm厚度的GaN晶體襯底10。這里，在獲得的GaN晶體襯底10中，不同取向的晶體區(qū)13(多晶區(qū)13m)在GaN晶體襯底10的厚度方向上貫穿，以及在晶體生長(zhǎng)表面10c和后表面10r上分別出現(xiàn)的不同取向晶體區(qū)13的第一和第二圖形P1和P2相對(duì)于襯底的外部形狀彼此相同。
這里，由于不同取向晶體區(qū)13(在本例子中，多晶區(qū)13m)的晶體生長(zhǎng)速率通常小于矩陣晶體區(qū)11，當(dāng)GaN晶體的生長(zhǎng)厚度增加時(shí)，在晶體表面上出現(xiàn)的不同取向晶體區(qū)13的寬度W往往逐漸地降低。但是，利用具有約400μm厚度的GaN晶體襯底10，在晶體生長(zhǎng)表面10c上出現(xiàn)的不同取向晶體區(qū)13的寬度和在后表面10r上出現(xiàn)的不同取向晶體區(qū)13的寬度基本上相同。這些對(duì)于其他例子適用。
利用本例子的GaN晶體襯底，在視覺上可區(qū)分前和后表面，以及通過不同取向晶體區(qū)13的形狀(多晶區(qū)13m)，可以識(shí)別GaN晶體襯底10的晶體取向。
例6類似于例4，生長(zhǎng)具有50.8mm直徑和4mm厚度的GaN晶體5，除了通過HVPE，生長(zhǎng)GaN晶體的條件是GaCl氣體，即Ga材料氣體的分壓是2.5kPa，以及NH3氣體，即N材料氣體的分壓是25kPa之外。
在GaN晶體5中，在藍(lán)寶石襯底(研磨襯底1)上形成矩陣晶體區(qū)11。在非晶SiO2層(掩模層2)上，生長(zhǎng)多晶區(qū)13m作為不同取向的結(jié)晶區(qū)13，其在晶體表面上出現(xiàn)分別具有95μm的寬度W和4mm的長(zhǎng)度L1以及具有95μm的寬度W和9mm的長(zhǎng)度L3的四邊形形狀，如圖4A-4C和11所示。這里，兩個(gè)不同取向的晶體區(qū)13(多晶區(qū)13m)在它們的縱向上通過2mm的長(zhǎng)度L2分開。
類似第四實(shí)施例，從獲得的GaN晶體5，制造具有50mm直徑和400μm厚度的GaN晶體襯底10。這里，在獲得的GaN晶體襯底10中，不同取向的晶體區(qū)13(多晶區(qū)13m)在GaN晶體襯底10的厚度方向上貫穿，以及在晶體生長(zhǎng)表面10c和后表面表面10r上分別出現(xiàn)的不同取向晶體區(qū)13的第一和第二圖形P1和P2相對(duì)于襯底的外部形狀互相不同。
利用本例子的GaN晶體襯底，可在視覺上區(qū)分前和后表面，以及通過不同取向晶體區(qū)13的形狀(多晶區(qū)13m)，可以視覺上識(shí)別GaN晶體襯底10的晶體取向。在本例子中，在晶體生長(zhǎng)表面10c和后表面10r上分別出現(xiàn)的不同取向晶體區(qū)13的第一和第二圖形P1和P2相對(duì)于GaN晶體襯底10的外部形狀互相不同。因此，即使當(dāng)通過表面粗糙度Ra(晶體生長(zhǎng)表面10c的粗糙度Ra(C)和后表面10r的粗糙度Ra(R))在視覺上不可區(qū)分前和后表面時(shí)，襯底的前和后表面也變得可互相區(qū)分，以及晶體取向可以被識(shí)別。
利用其中通過表面粗糙度Ra(晶體生長(zhǎng)表面10c的粗糙度Ra(C)和后表面10r的粗糙度Ra(R))在視覺上不可互相區(qū)分的前和后表面的GaN晶體襯底10，如果不同取向的晶體區(qū)13在GaN晶體襯底10的厚度方向上貫穿，以及在晶體生長(zhǎng)表面10c和后表面10r上分別出現(xiàn)的不同取向晶體區(qū)13的第一和第二圖形P1和P2相對(duì)于襯底的外部形狀互相不同，那么襯底的前和后表面變得可互相區(qū)分，以及晶體取向可以被識(shí)別。這些將基于下列例子描述。
當(dāng)后表面是氮表面時(shí)，除上述研磨之外，利用氮表面比鎵表面容易刻蝕的特點(diǎn)，在該表面上可以形成不平坦。這里，已經(jīng)證實(shí)通過使用NaOH、KOH等等作為蝕刻劑，可以獲得類似于上述的效果。
例7參考圖3A-3C，10和11，在平行于研磨襯底1的主表面的表面10u和10d，由類似于例3或例5生長(zhǎng)的GaN晶體5切割的GaN晶體襯底10中，不同取向的晶體區(qū)13在襯底的厚度方向上貫穿，以及在晶體生長(zhǎng)表面10c和后表面10r上分別出現(xiàn)的不同取向晶體區(qū)13的第一和第二圖形P1和P2相對(duì)于襯底的外部形狀彼此相同。通過使用利用鍵合，固定具有40μm的晶粒尺寸制成的固定磨粒的研磨，處理GaN晶體襯底10的晶體生長(zhǎng)表面10c和后表面10r(研磨步驟)，使用具有5μm晶粒尺寸的SiC磨粒拋光(粗糙的拋光步驟)，以及使用具有1μm晶粒尺寸的Al2O3磨粒拋光(精細(xì)拋光步驟)。
在通過處理晶體生長(zhǎng)表面10c和后表面10r獲得的GaN晶體襯底10中，晶體生長(zhǎng)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，通過表面粗糙度Ra不可區(qū)分前和后表面。附加地，在獲得的GaN晶體襯底10中，由于在晶體生長(zhǎng)表面10c和后表面表面10r上分別出現(xiàn)的不同取向晶體區(qū)13的第一和第二圖形P1和P2相對(duì)于襯底的晶體取向互相相同，通過該不同取向晶體區(qū)13的形狀可以識(shí)別襯底的晶體取向，但是不可互相區(qū)分襯底的前和后表面。
例8參考圖4A-4C，10和11，在平行于研磨襯底1的主表面的表面10u和10d，從類似于例4或例6生長(zhǎng)的GaN晶體6切割的GaN晶體襯底10中，不同取向的晶體區(qū)13在襯底的厚度方向上貫穿，以及在襯底的晶體生長(zhǎng)表面10c和后表面10r上分別出現(xiàn)的不同取向晶體區(qū)13的第一和第二圖形P1和P2相對(duì)于襯底的外部形狀彼此不同。GaN晶體襯底10的晶體生長(zhǎng)表面10c和后表面10r被類似于例7處理。
處理之后，GaN晶體襯底10的晶體生長(zhǎng)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，通過表面粗糙度Ra不可區(qū)分前和后表面。但是，利用GaN晶體襯底10，可以通過不同取向晶體區(qū)13的形狀識(shí)別晶體取向，并且由于在晶體生長(zhǎng)表面10c和后表面表面10r上分別出現(xiàn)的不同取向晶體區(qū)13的第一和第二圖前后表面P1和P2相對(duì)于襯底的外部形狀彼此不同，襯底的前和后表面可被互相區(qū)分。
例9參考圖5A-5C和10，在藍(lán)寶石襯底上，該藍(lán)寶石襯底是具有50.8mm直徑和350μm厚度的研磨襯底1，通過濺射和光刻，形成具有40μm的基本寬度W和10mm長(zhǎng)度L的等腰三角形形狀的非晶SiO2層作為掩模層2，該掩模層2被構(gòu)圖為與圖5A相同的形狀。這里，形成非晶SiO2層，以便等腰三角形的縱向上的中心線13k平行于生長(zhǎng)GaN晶體的取向<11-20>，作為任意規(guī)定的晶體取向10a。接下來，在藍(lán)寶石襯底(研磨襯底1)上，其上形成構(gòu)圖為上述形狀的非晶SiO2層(掩模層2)，通過HVPE，在GaCl氣體，即Ga材料氣體的分壓是2.5kPa，以及NH3氣體，即N材料氣體的分壓是15kPa的條件下，生長(zhǎng)具有50.8mm直徑和3mm厚度的GaN晶體5。
在GaN晶體5中，在藍(lán)寶石襯底(研磨襯底1)上生長(zhǎng)矩陣晶體區(qū)11。在非晶SiO2層(掩模層2)上，生長(zhǎng)c-軸反向的晶體區(qū)13t作為不同取向的結(jié)晶區(qū)13，其在晶體表面上出現(xiàn)具有35μm的基本寬度W和10mm的高度L的等腰三角形，如圖5A-5C和10所示。不同取向的晶體區(qū)13(c-軸反向的晶體區(qū)13t)的縱向中的中心線13k平行于取向<11-20>。
與例1一樣，平行于研磨襯底1的主表面切割獲得的GaN晶體5，以制造具有50mm直徑和400μm厚度的GaN晶體襯底10。在獲得的GaN晶體襯底10中，不同取向的晶體區(qū)13(多晶區(qū)13m)在GaN晶體襯底10的厚度方向上貫穿，以及在晶體生長(zhǎng)表面10c和后表面表面10r上分別出現(xiàn)的不同取向晶體區(qū)13的第一和第二圖形P1和P2相對(duì)于襯底的外部形狀互相不同。
這里，由于不同取向晶體區(qū)13(在本例子中，c-軸反向晶體區(qū)13t)的晶體生長(zhǎng)速率通常小于矩陣晶體區(qū)11的晶體生長(zhǎng)速率，當(dāng)GaN晶體的生長(zhǎng)厚度增加時(shí)，在晶體表面上出現(xiàn)的不同取向晶體區(qū)13的寬度W往往逐漸地降低。但是，利用具有約400μm厚度的GaN晶體襯底10，在晶體生長(zhǎng)表面10c上出現(xiàn)的不同取向晶體區(qū)13的寬度和在后表面10r上出現(xiàn)的不同取向晶體區(qū)13的寬度基本上相同。這些對(duì)于其他例子適用。
獲得的GaN晶體襯底的后表面和晶體生長(zhǎng)表面經(jīng)受與例7類似的處理。在通過這種處理獲得的GaN晶體襯底10中，GaN晶體襯底10的晶體生長(zhǎng)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，通過表面粗糙度Ra不可區(qū)分前和后表面。但是，利用GaN晶體襯底10，可以通過不同取向的晶體區(qū)13的形狀識(shí)別晶體取向，以及由于在晶體生長(zhǎng)表面10c和后表面10r上分別出現(xiàn)的不同取向晶體區(qū)13的第一和第二圖前后表面P1和P2相對(duì)于襯底的外部形狀互相不同，襯底的前和后表面可被互相區(qū)分。
例10參考圖6A-6C和10，在藍(lán)寶石襯底上，該藍(lán)寶石襯底是具有50.8mm直徑和350μm厚度的研磨襯底1，通過濺射和光刻，形成具有30μm的寬度W和5mm的長(zhǎng)度L的四邊形非晶SiO2層作為掩模層2，該掩模層2構(gòu)圖為與圖6A相同的形狀。這里，形成非晶SiO2層，以便四邊形的縱向中的中心線13k平行于生長(zhǎng)的GaN晶體的取向<1-100>，作為任意規(guī)定的晶體取向10a。接下來，在藍(lán)寶石襯底(研磨襯底1)上，其上形成構(gòu)圖為上述形狀的非晶SiO2層(掩模層2)，與例9一樣，生長(zhǎng)具有50.8mm直徑和3mm厚度的GaN晶體5。
在GaN晶體5中，在藍(lán)寶石襯底(研磨襯底1)上生長(zhǎng)矩陣晶體區(qū)11。在非晶SiO2層(掩模層2)上，生長(zhǎng)c-軸反向的晶體區(qū)13t作為不同取向的結(jié)晶區(qū)13，其在晶體表面上出現(xiàn)具有25um的寬度W和5mm的長(zhǎng)度L的四邊形形狀，如圖6A-6C和10所示。不同取向的晶體區(qū)13(c-軸反向的晶體區(qū)13t)的縱向中的中心線13k平行于取向<1-100>。
與例1一樣，平行于研磨襯底1的主表面切割獲得的GaN晶體5，以制造具有50mm直徑和400μm厚度的GaN晶體襯底10。在獲得的GaN晶體襯底10中，不同取向的晶體區(qū)13在GaN晶體襯底10的厚度方向上貫穿，以及在晶體生長(zhǎng)表面10c和后表面表面10r上分別出現(xiàn)的不同取向晶體區(qū)13的第一和第二圖形P1和P2相對(duì)于襯底的外部形狀彼此不同。
獲得的GaN晶體襯底的后表面10r和晶體生長(zhǎng)表面10c經(jīng)受與例7類似的處理。在處理的GaN晶體襯底中，晶體生長(zhǎng)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，通過表面粗糙度Ra不可區(qū)分前和后表面。但是，利用GaN晶體襯底10，可以通過不同取向的晶體區(qū)13的形狀識(shí)別晶體取向，并且由于在晶體生長(zhǎng)表面10c和后表面10r上分別出現(xiàn)的不同取向晶體區(qū)13的第一和第二圖前后表面P1和P2相對(duì)于襯底的外部形狀彼此不同，因此襯底的前和后表面可被互相區(qū)分。
例11參考圖7A-7C和10，在藍(lán)寶石襯底上，藍(lán)寶石襯底是具有50.8mm直徑和350μm厚度的研磨襯底1，通過濺射和光刻，形成具有20μm寬度W1的正方形非晶SiO2層和具有40μm寬度W2的正方形非晶SiO2層作為掩模層2，該掩模層2被構(gòu)圖為與圖7A相同的形狀。這里，兩個(gè)非晶SiO2層的中心之間的距離L是10mm。兩個(gè)非晶SiO2層形成為穿過兩個(gè)非晶SiO2層中心的中心線13k平行于生長(zhǎng)GaN晶體的取向<1-100>，作為任意規(guī)定的晶體取向10a。接下來，在藍(lán)寶石襯底(研磨襯底1)上，其上形成構(gòu)圖為上述形狀的非晶SiO2層(掩模層2)，類似于例9，生長(zhǎng)具有50.8mm的直徑和3mm的厚度的GaN晶體5。
在GaN晶體5中，在藍(lán)寶石襯底(研磨襯底1)上生長(zhǎng)矩陣晶體區(qū)11。在非晶SiO2層(掩模層2)上，生長(zhǎng)c-軸反向的晶體區(qū)13t作為不同取向的結(jié)晶區(qū)13，其在晶體表面上出現(xiàn)分別具有15μm的寬度W1和具有35μm的寬度W2的正方形形狀，如圖7A-7D和10所示。這里，兩個(gè)不同取向的晶體區(qū)13(c-軸反向晶體區(qū)13t)的中心之間的距離L是10mm。穿過兩個(gè)不同取向晶體區(qū)13中心的中心線13k平行于GaN晶體的取向<1-100>。
與例1一樣，平行于研磨襯底1的主表面切割獲得的GaN晶體5，以制造具有50mm的直徑和400μm厚度的GaN晶體襯底10。在獲得的GaN晶體襯底10中，不同取向晶體區(qū)13在GaN晶體襯底10的厚度方向上貫穿，以及在晶體生長(zhǎng)表面10c和后表面表面10r上分別出現(xiàn)的不同取向晶體區(qū)13的第一和第二圖形P1和P2相對(duì)于襯底的外部形狀互相不同。
GaN晶體襯底10的晶體生長(zhǎng)表面和后表面被類似于例7處理。在處理的GaN晶體襯底中，晶體生長(zhǎng)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，通過表面粗糙度Ra不可區(qū)分前和后表面。但是，通過不同取向的晶體區(qū)13的形狀可以識(shí)別晶體取向，以及由于在晶體生長(zhǎng)表面10c和后表面10r上分別出現(xiàn)的不同取向晶體區(qū)13的第一和第二圖形P1和P2相對(duì)于襯底的外部形狀彼此不同，襯底的前和后表面可被互相區(qū)分。
例12參考圖8A-8D和10，在藍(lán)寶石襯底上，藍(lán)寶石襯底是具有50.8mm直徑和350μm厚度的研磨襯底1，通過濺射和光刻，形成具有20μm直徑W1的圓形非晶SiO2層和具有50μm直徑W2的圓形非晶SiO2層作為掩模層2，該掩模層2構(gòu)圖為圖與8A相同的形狀。這里，兩個(gè)非晶SiO2層之間的距離L是10mm。兩個(gè)非晶SiO2層形成為穿過兩個(gè)非晶SiO2層中心的中心線13k平行于生長(zhǎng)GaN晶體的取向<11-20>，作為任意規(guī)定的晶體取向10a。接下來，在藍(lán)寶石襯底(研磨襯底1)上，其上形成構(gòu)圖為上述形狀的非晶SiO2層(掩模層2)，類似于例9，生長(zhǎng)具有50.8mm直徑和3mm厚度的GaN晶體5。
在GaN晶體5中，在藍(lán)寶石襯底(研磨襯底1)上生長(zhǎng)矩陣晶體區(qū)11。在非晶SiO2層(掩模層2)上，生長(zhǎng)c-軸反向的晶體區(qū)13t作為不同取向的結(jié)晶區(qū)13，其在晶體表面上出現(xiàn)分別具有15μm的直徑W1和具有45μm的直徑W2的圓形形狀，如圖8A-8D和10所示。這里，兩個(gè)不同取向的晶體區(qū)13(c-軸反向晶體區(qū)13t)之間的距離L是10mm。穿過兩個(gè)不同取向晶體區(qū)13中心的中心線13k平行于GaN晶體的取向<11-20>。
與例1一樣，平行于研磨襯底1的主表面切割獲得的GaN晶體5，以制造具有50mm直徑和400μm厚度的GaN晶體襯底10。在獲得的GaN晶體襯底10中，不同取向的晶體區(qū)13在GaN晶體襯底10的厚度方向上貫穿，以及在晶體生長(zhǎng)表面10c和后表面10r上分別出現(xiàn)的不同取向晶體區(qū)13的第一和第二圖形P1和P2相對(duì)于襯底的外部形狀互相不同。
GaN晶體襯底10的晶體生長(zhǎng)表面和后表面被類似于例7處理。在處理的GaN晶體襯底中，晶體生長(zhǎng)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，通過表面粗糙度Ra不可區(qū)分前和后表面。但是，可以通過不同取向的晶體區(qū)13的形狀識(shí)另晶體取向，并且由于在晶體生長(zhǎng)表面10c和后表面10r上分別出現(xiàn)的不同取向晶體區(qū)13的第一和第二圖形P1和P2相對(duì)于襯底的外部形狀互相不同，襯底的前和后表面可被互相區(qū)分。
盡管已經(jīng)詳細(xì)描述和圖示了本發(fā)明，但是應(yīng)當(dāng)清楚地理解，這些實(shí)施例僅僅是圖例和例子，以及不允許被限制，本發(fā)明的精神和范圍僅僅由附加權(quán)利要求的措詞所限制。
權(quán)利要求
1.一種GaN晶體襯底，具有其上生長(zhǎng)晶體的晶體生長(zhǎng)表面(10c)；以及與所述晶體生長(zhǎng)表面(10c)相對(duì)的后表面(10r)，其中所述晶體生長(zhǎng)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)與所述表面粗糙度Ra(C)的比率Ra(R)/Ra(C)至少是50。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的GaN晶體襯底，還包括在所述后表面(10r)形成的激光標(biāo)記(12)，其中所述激光標(biāo)記(12)形成為表示任意規(guī)定的晶體取向。
3.一種GaN晶體襯底，包括矩陣晶體區(qū)(11)；以及不同取向的晶體區(qū)(13)，包括在至少一個(gè)晶軸不同于所述矩陣晶體區(qū)(11)的晶體的晶體，其中所述不同取向的晶體區(qū)(13)形成有表示任意規(guī)定的晶體取向(10a)的形狀。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的GaN晶體襯底，其中所述不同取向的晶體區(qū)(13)在厚度方向上貫穿所述襯底，所述襯底具有其上生長(zhǎng)晶體的晶體生長(zhǎng)表面(10c)和與所述晶體生長(zhǎng)表面(10c)相對(duì)的后表面(10r)，以及在所述襯底的所述晶體生長(zhǎng)表面(10c)和所述后表面(10r)上分別出現(xiàn)的所述不同取向的晶體區(qū)(13)的第一和第二圖形相對(duì)于所述襯底的外部形狀彼此不同。
5.根據(jù)權(quán)利要求3的GaN晶體襯底，其中所述不同取向的晶體區(qū)(13)是c-軸反向的晶體區(qū)(13t)，其由a-軸取向與所述矩陣晶體區(qū)(11)的晶體相同和c-軸取向與所述矩陣晶體區(qū)(11)的晶體反向的晶體形成。
6.根據(jù)權(quán)利要求3的GaN晶體襯底，其中所述不同取向的晶體區(qū)(13)是多晶區(qū)(13m)，包括a-軸取向與所述矩陣晶體區(qū)(11)的晶體不同以及c-軸取向與所述矩陣晶體區(qū)(11)的晶體相同的多個(gè)晶體。
全文摘要
一種GaN晶體襯底，具有其上生長(zhǎng)晶體的晶體生長(zhǎng)表面(10c)和與晶體生長(zhǎng)表面(10c)相對(duì)的后表面(10r)。晶體生長(zhǎng)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)，以及該表面粗糙度Ra(R)與表面粗糙度Ra(C)的比率Ra(R)/Ra(C)至少是50。因此，可以在而不損害GaN晶體襯底上生長(zhǎng)的半導(dǎo)體層的形態(tài)條件下，提供其中可區(qū)分其前和后表面的GaN晶體襯底。
文檔編號(hào)H01L21/205GK101070619SQ20071009217
公開日2007年11月14日 申請(qǐng)日期2007年4月2日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月3日
發(fā)明者藤田俊介, 笠井仁 申請(qǐng)人:住友電氣工業(yè)株式會(huì)社