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一見すると、サファイアウェーハは一見単純に見えます。丸く、透明で、対称に見えます。しかし、その端には微妙な特徴、つまりノッチまたはフラットがあり、それが静かにGaNエピタキシーの成否を決定します。

GaN-on-サファイア技術において、ウェーハの向きは見た目の問題や過去の習慣ではありません。それは結晶学的指示であり、機械的にエンコードされ、結晶成長からリソグラフィ、エピタキシー、デバイス製造へと受け継がれます。

なぜノッチとフラットが存在するのか、それらがどのように異なるのか、そしてそれらを正しく識別する方法を理解することは、サファイア基板上のGaNを扱うすべての人にとって不可欠です。

1. GaN on サファイアがオリエンテーションを非常に気にする理由

シリコンとは異なり、サファイア（Al₂O₃）は次のとおりです。

• 三方晶（六方晶）結晶系

• 熱的、機械的、および表面特性において強く異方性

• c面、a面、r面、m面などの非立方晶配向で一般的に使用

GaNエピタキシーは、以下に非常に敏感です。

• 面内結晶配向

• 原子ステップ方向

• 基板ミスカット方向

したがって、ノッチまたはフラットは単なる取り扱いのためだけのものではなく、原子スケールの対称性の巨視的なマーカーです。

2. フラット vs. ノッチ: 違いは何ですか？

2.1 ウェーハフラット（レガシーオリエンテーションマーカー）

フラットは、ウェーハエッジに沿った直線的なカットです。

歴史的に、フラットは以下で広く使用されていました。

• 2インチおよび3インチのサファイアウェーハ

• 初期のGaN LED製造

• 手動または半自動のファブ

主な特徴：

• 長く、まっすぐなエッジセグメント

• 特定の結晶学的方向をエンコード

• 見て触るのが簡単

• 使用可能なウェーハ領域を消費

フラットは通常、次のような明確に定義されたサファイア方向に合わせられます。

• ⟨11-20⟩（a軸）

• ⟨1-100⟩（m軸）

2.2 ウェーハノッチ（最新の標準）

ノッチは、ウェーハエッジに沿った小さく狭いインデントです。

これは、以下で支配的な標準となっています。

• 4インチ、6インチ、およびそれ以上のサイズのサファイアウェーハ

• 完全自動化されたツール

• 高スループットGaNファブ

主な特徴：

• コンパクトで局所的なカット

• より多くの使用可能なウェーハ領域を保持

• 機械可読

• 非常に再現性がある

ノッチの向きは、特定の結晶学的方向にも対応していますが、はるかにスペース効率の良い方法です。

3. 業界がフラットからノッチに移行した理由

フラットからノッチへの移行は見た目の問題ではありません。物理学、自動化、および歩留まりの経済性によって推進されています。

3.1 ウェーハサイズの拡大

サファイアウェーハが2インチ→4インチ→6インチと成長するにつれて：

• フラットはアクティブエリアを過剰に除去

• エッジ除外が過剰になった

• 機械的バランスが悪化した

ノッチは、幾何学的な混乱を最小限に抑えながら、配向情報を提供します。

3.2 自動化の互換性

最新のツールは以下に依存しています。

• 光学エッジ検出

• ロボットアライメント

• 配向認識アルゴリズム

ノッチは以下を提供します。

• 明確な角度基準

• より速いアライメント

• ピックミスリスクの低減

3.3 GaNプロセスの感度

GaNエピタキシーの場合、配向エラーは以下を引き起こす可能性があります。

• ステップバンチング

• 異方性ひずみ緩和

• 不均一な欠陥伝播

ノッチの精度と再現性により、これらのリスクが軽減されます。

4. 実際にウェーハの向きを識別する方法

4.1 目視による識別

• フラット：明らかな直線エッジ

• ノッチ：小さく、U字型またはV字型のカット

ただし、目視による識別だけでは、GaNプロセス制御には不十分です。

4.2 角度基準法

ノッチまたはフラットが見つかったら：

• 0°を定義

• ウェーハの周りの角度オフセットを測定

• プロセス方向（リソグラフィ、クレーブライン、ミスカット）をマッピング

これは、以下を整列させる場合に重要です。

• エピタキシャル成長方向

• デバイスストライプ

• レーザースクライブライン

4.3 X線または光学確認（高度）

高精度アプリケーションの場合：

• XRDは結晶配向を確認

• 光学異方性法は面内アライメントを検証

• 特にc面以外のサファイアの場合に重要

5. GaN on サファイアの特別な考慮事項

5.1 c面サファイア

• LEDおよびパワーデバイスに最も一般的

• ノッチは通常、a軸またはm軸に合わせられます

• GaN成長におけるステップフロー方向を制御

5.2 非極性および半極性サファイア

• a面、m面、r面サファイア

• 配向は必須ではなく、重要になります

• ノッチの誤った解釈は、基板を完全に無効にする可能性があります

これらの場合、ノッチは事実上、エピタキシャルレシピの一部です。

6. エンジニアが犯す一般的な間違い

1. サプライヤー間でノッチ方向が「標準」であると仮定する

2. サファイアをシリコンのように扱う（立方晶ではない）

3. ノッチによってエンコードされたミスカット方向を無視する

4. 目視検査のみに頼る

5. フラットベースのレガシードローイングとノッチベースのウェーハを混同する

これらのそれぞれが、微妙だが致命的なプロセスのずれを引き起こす可能性があります。

7. フラットまたはノッチ：どちらを選択する必要がありますか？

8. より広い視点

GaN on サファイアでは、ノッチまたはフラットは便宜上のものではなく、結晶学の物理的な現れです。

原子スケールでは、GaNの成長はステップエッジと対称性に依存します。
ウェーハスケールでは、同じ方向がノッチまたはフラットとしてエンコードされます。

端にある小さなカットのように見えるものは、実際には下の結晶のマップです。

9. ワンセンテンスのテイクアウト

GaN-on-サファイア技術では、ノッチまたはフラットを識別することは、ウェーハがどこから「始まる」かを知ることではなく、結晶がどの方向に成長したいかを知ることです。