3D dislocation structures induced by Vickers indentation depending on the imprint size are precisely investigated using an alternation of cathodoluminescence and chemical mechanical polishing (CMP), multiphoton excitation photoluminescence, and (scanning) transmission electron microscopy under a load range within a constant Vickers hardness. The dislocation structures are composed of a rosette pattern, a flower pattern, and a triangular area. The flower pattern distribution is dispersive along the z direction. The determined penetration depth of the dislocations by practical CMP is almost the same as the length of the imprint diagonal (d1). The dimensions of the individual patterns in the dislocation structure can be described as multiples of d1. That is, the geometric similarity between the imprint size and the dimensions of the dislocation structure is confirmed. This suggests that the dimensions of the dislocation structures induced under scratch can be estimated by measuring the width of the scratch. This shows that a simple method may be developed to determine the maximum thickness of the affected layer over the entire wafer area and the ability to develop low-cost GaN wafers free of affected layers.

1.
H.
Amano
,
Y.
Baines
,
E.
Beam
,
M.
Borga
,
T.
Bouchet
,
P. R.
Chalker
,
M.
Charles
,
K. J.
Chen
,
N.
Chowdhury
,
R.
Chu
,
C.
De Santi
,
M. M.
De Souza
,
S.
Decoutere
,
L.
Di Cioccio
,
B.
Eckardt
,
T.
Egawa
,
P.
Fay
,
J. J.
Freedsman
,
L.
Guido
,
O.
Häberlen
,
G.
Haynes
,
T.
Heckel
,
D.
Hemakumara
,
P.
Houston
,
J.
Hu
,
M.
Hua
,
Q.
Huang
,
A.
Huang
,
S.
Jiang
,
H.
Kawai
,
D.
Kinzer
,
M.
Kuball
,
A.
Kumar
,
K. B.
Lee
,
X.
Li
,
D.
Marcon
,
M.
März
,
R.
McCarthy
,
G.
Meneghesso
,
M.
Meneghini
,
E.
Morvan
,
A.
Nakajima
,
E. M. S.
Narayanan
,
S.
Oliver
,
T.
Palacios
,
D.
Piedra
,
M.
Plissonnier
,
R.
Reddy
,
M.
Sun
,
I.
Thayne
,
A.
Torres
,
N.
Trivellin
,
V.
Unni
,
M. J.
Uren
,
M.
Van Hove
,
D. J.
Wallis
,
J.
Wang
,
J.
Xie
,
S.
Yagi
,
S.
Yang
,
C.
Youtsey
,
R.
Yu
,
E.
Zanoni
,
S.
Zeltner
, and
Y.
Zhang
,
J. Phys. D: Appl. Phys.
51
,
163001
(
2018
).
2.
T.
Oka
,
Jpn. J. Appl. Phys.
58
,
SB0805
(
2019
).
3.
J.
Hu
,
Y.
Zhang
,
M.
Sun
,
D.
Piedra
,
N.
Chowdhury
, and
T.
Palacios
,
Mater. Sci. Semicond. Process.
78
,
75
84
(
2018
).
4.
N.
Zhang
,
Y.
Chen
,
E. K.
Sanchez
,
D. R.
Black
, and
M.
Dudley
,
Mater. Sci. Forum
615–617
,
109
112
(
2009
).
5.
K.
Maeda
, “
Radiation-enhanced dislocation glide: The current status of research
,” in
Materials and Reliability Handbook for Semiconductor Optical and Electron Devices
, edited by
O.
Ueda
and
S. J.
Pearton
(
Springer Science+Business Media
,
New York
,
2013
), pp.
263
281
.
6.
R.
Hirano
,
Y.
Sato
,
H.
Tsuchida
,
M.
Tajima
,
K. M.
Itoh
, and
K.
Maeda
,
Appl. Phys. Express
5
,
091302
(
2012
).
7.
Y.
Ishikawa
,
M.
Sudo
,
Y.-Z.
Yao
,
Y.
Sugawara
, and
M.
Kato
,
J. Appl. Phys.
123
,
225101
(
2018
).
8.
H.
Matsuhata
and
T.
Sekiguchi
,
Philos. Mag.
98
,
878
898
(
2018
).
9.
A.
Galeckas
,
J.
Linnros
, and
P.
Pirouz
,
Phys. Rev. Lett.
96
,
025502
(
2006
).
10.
A.
Tanaka
,
H.
Matsuhata
,
N.
Kawabata
,
D.
Mori
,
K.
Inoue
,
R.
Mina
,
T.
Fujimoto
,
T.
Tawara
,
M.
Miyazato
,
M.
Miyajima
,
K.
Fukuda
,
A.
Ohtsuki
,
T.
Kato
,
H.
Tsuchida
,
Y.
Yonezawa
, and
T.
Kimoto
,
J. Appl. Phys.
119
,
095711
(
2016
).
11.
T.
Tawara
,
S.
Matsunaga
,
T.
Fujimoto
,
M.
Ryo
,
M.
Miyazato
,
T.
Miyazawa
,
K.
Takenaka
,
M.
Miyajima
,
A.
Otsuki
,
Y.
Yonezawa
,
T.
Kato
,
H.
Okumura
,
T.
Kimoto
, and
H.
Tsuchida
,
J. Appl. Phys.
123
,
025707
(
2018
).
12.
S.
Hayashi
,
T.
Naijo
,
T.
Yamashita
,
M.
Miyazato
,
M.
Ryo
,
H.
Fujisawa
,
M.
Miyajima
,
J.
Senzaki
,
T.
Kato
,
Y.
Yonezawa
,
K.
Kojima
, and
H.
Okumura
,
Appl. Phys. Express
10
,
081201
(
2017
).
13.
K.
Konishi
,
S.
Yamamoto
,
S.
Nakata
,
Y.
Nakamura
,
Y.
Nakanishi
,
T.
Tanaka
,
Y.
Mitani
,
N.
Tomita
,
Y.
Toyoda
, and
S.
Yamakawa
,
J. Appl. Phys.
114
,
014504
(
2013
).
14.
H.
Lendenmann
,
F.
Dahlquist
,
N.
Johansson
,
R.
Söderholm
,
P. A.
Nilsson
,
P.
Bergman
, and
P.
Skytt
,
Mater. Sci. Forum
353–356
,
727
730
(
2001
).
15.
M.
Skowronski
and
S.
Ha
,
J. Appl. Phys.
99
,
011101
(
2006
).
16.
P.
Pirouz
and
A.
Galeckas
,
ECS Trans.
41
,
225
236
(
2011
).
17.
K.
Maeda
,
K.
Suzuki
,
M.
Ichihara
,
S.
Nishiguchi
,
K.
Ono
,
Y.
Mera
, and
S.
Takeuchi
,
Physica B
273–274
,
134
139
(
1999
).
18.
E. B.
Yakimov
,
P. S.
Vergeles
,
A. Y.
Polyakov
,
I.-H.
Lee
, and
S. J.
Pearton
,
Appl. Phys. Lett.
106
,
132101
(
2015
).
19.
Y.
Ishikawa
,
Y.
Sugawara
,
Y.
Yao
,
N.
Noguchi
,
Y.
Takeda
,
H.
Yamada
,
M.
Shimizu
, and
K.
Tadatomo
,
Jpn. J. Appl. Phys.
60
,
115501
(
2021
).
20.
H.
Sako
,
H.
Matsuhata
,
M.
Sasaki
,
M.
Nagaya
,
T.
Kido
,
K.
Kawata
,
T.
Kato
,
J.
Senzaki
,
M.
Kitabatake
, and
H.
Okumura
,
J. Appl. Phys.
119
,
135702
(
2016
).
21.
S.
Tsukimoto
,
T.
Ise
,
G.
Maruyama
,
S.
Hashimoto
,
T.
Sakurada
,
J.
Senzaki
,
T.
Kato
, and
K.
Kojima
, and
H.
Okumura
,
J. Electron. Mater.
47
,
6722
6730
(
2018
).
22.
S.
Porowski
,
MRS Internet J. Nitride Semicond. Res.
4
,
27
(
1999
).
23.
D.
Hanser
,
M.
Tutor
,
E.
Preble
,
M.
Williams
,
X.
Xu
,
D.
Tsvetkov
, and
L.
Liu
,
J. Cryst. Growth
305
,
372
376
(
2007
).
24.
K.
Ashida
,
D.
Dojima
,
Y.
Kutsuma
,
S.
Torimi
,
S.
Nogami
,
Y.
Imai
,
S.
Kimura
,
J.
Mizuki
,
N.
Ohtani
, and
T.
Kaneko
,
MRS Adv.
1
,
3697
3702
(
2016
).
25.
K. Y.
Lai
,
M. A. L.
Johnson
,
T.
Paskova
,
A. D.
Hanser
,
K.
Udwary
,
E. A.
Preble
, and
K. R.
Evans
,
Phys. Status Solidi C
6
,
S325
(
2009
).
26.
H.
Aida
,
H.
Takeda
,
K.
Koyama
,
H.
Katakura
,
K.
Sunakawa
, and
T.
Doi
,
J. Electrochem. Soc.
158
,
H1206
(
2011
).
27.
J.
Lee
,
J. C.
Kim
,
J.
Kim
,
R. K.
Singh
,
A. C.
Arjunan
, and
H.
Lee
,
Thin Solid Films
660
,
516
520
(
2018
).
28.
M.
Albrecht
and
H. P.
Strunk
,
J. Appl. Phys.
92
,
2000
2005
(
2002
).
29.
U.
Jahn
,
A.
Trampert
,
T.
Wagner
,
O.
Brandt
, and
K. H.
Ploog
,
Phys. Status Solidi A
192
,
79
84
(
2002
).
30.
J.
Huang
,
K.
Xu
,
X. J.
Gong
,
J. F.
Wang
,
Y. M.
Fan
,
J. Q.
Liu
,
X. H.
Zeng
,
G. Q.
Ren
,
T. F.
Zhou
, and
H.
Yang
,
Appl. Phys. Lett.
98
,
221906
(
2011
).
31.
I.
Ratschinski
,
H. S.
Leipner
,
F.
Heyroth
,
W.
Fränzel
,
O.
Moutanabbir
,
R.
Hammer
, and
M.
Jurisch
,
J. Phys.: Conf. Ser.
281
,
012007
(
2011
).
32.
J.
Huang
,
K.
Xu
,
Y. M.
Fan
,
M. T.
Niu
,
X. H.
Zeng
,
J. F.
Wang
, and
H.
Yang
,
Nanoscale Res. Lett.
7
,
150
(
2012
).
33.
P. G.
Caldas
,
E. M.
Silva
,
R.
Prioli
,
J. Y.
Huang
,
R.
Juday
,
A. M.
Fischer
, and
F. A.
Ponce
,
J. Appl. Phys.
121
,
125105
(
2017
).
34.
O.
Medvedev
,
O.
Vyvenko
,
E.
Ubyivovk
,
S.
Shapenkov
,
A.
Bondarenko
,
P.
Saring
, and
M.
Seibt
,
J. Appl. Phys.
123
,
161427
(
2018
).
35.
P. S.
Vergeles
,
V. I.
Orlov
,
A. Y.
Polyakov
,
E. B.
Yakimov
,
T.
Kim
, and
I.-H.
Lee
,
J. Alloys Compd.
776
,
181
186
(
2019
).
36.
Y.
Ishikawa
,
Y.
Sugawara
,
D.
Yokoe
, and
Y.
Yao
,
Jpn. J. Appl. Phys.
59
,
091005
(
2020
).
37.
T.
Tanikawa
,
K.
Ohnishi
,
M.
Kanoh
,
T.
Mukai
, and
T.
Matsuoka
,
Appl. Phys. Express
11
,
031004
(
2018
).
38.
International Organization for Standardization
, Metallic materials—Vickers hardness test—Part1: Test method—Requirements (ISO standard no. 6507-1:2018) (2018), see https://www.iso.org/obp/ui/#iso:std:iso:6507:-1:ed-4:v1:en.
39.
I.
Yonenaga
,
MRS Internet J. Nitride Semicond. Res.
7
,
6
(
2002
).
40.
H.
Fujikura
,
T.
Konno
,
T.
Suzuki
,
T.
Kitamura
,
T.
Fujimoto
, and
T.
Yoshida
,
Jpn. J. Appl. Phys.
57
,
065502
(
2018
).

Supplementary Material

You do not currently have access to this content.