ISO 5618-1:2023
(Main)Fine ceramics (advanced ceramics, advanced technical ceramics) — Test method for GaN crystal surface defects — Part 1: Classification of defects
Fine ceramics (advanced ceramics, advanced technical ceramics) — Test method for GaN crystal surface defects — Part 1: Classification of defects
This document gives a classification of the dislocations and process-induced defects, from among the various surface defects, that occur on single-crystal gallium nitride (GaN) substrates or single-crystal GaN films. It is applicable to the dislocations and process-induced defects exposed on the surface of the following types of GaN substrates or films: — single-crystal GaN substrate; — single-crystal GaN film formed by homoepitaxial growth on a single-crystal GaN substrate; — single-crystal GaN film formed by heteroepitaxial growth on a single-crystal aluminium oxide (Al2O3), silicon carbide (SiC) or silicon (Si) substrate. It is not applicable to defects exposed on the surface if the absolute value of the acute angle between the surface normal and the c-axis of GaN is ≥ 8°.
Céramiques techniques — Méthode d’essai pour les défauts de surface des cristaux de GaN — Partie 1: Classification des défauts
Le présent document donne une classification des dislocations et des défauts induits par le process parmi les différents défauts de surface rencontrés sur les substrats de nitrure de gallium (GaN) monocristallin ou les films de GaN monocristallin. Il est applicable aux dislocations et défauts induits par le process émergents à la surface des types de substrats ou de films de GaN suivants: — substrat de GaN monocristallin; — film de GaN monocristallin formé par croissance homoépitaxiale sur un substrat de GaN monocristallin; — film de GaN monocristallin formé par croissance hétéroépitaxiale sur un substrat monocristallin d’oxyde d’aluminium (Al2O3), de carbure de silicium (SiC) ou de silicium (Si). Il n’est pas applicable aux défauts émergents à la surface si la valeur absolue de l’angle aigu entre la perpendiculaire à la surface et l’axe c du GaN est supérieur ou égal à 8°.
General Information
- Status
- Published
- Publication Date
- 14-Nov-2023
- Technical Committee
- ISO/TC 206 - Fine ceramics
- Drafting Committee
- ISO/TC 206 - Fine ceramics
- Current Stage
- 6060 - International Standard published
- Start Date
- 15-Nov-2023
- Due Date
- 02-Apr-2024
- Completion Date
- 15-Nov-2023
Overview
ISO 5618-1:2023 - part of the ISO 5618 series on fine/advanced ceramics - defines a standardized classification of surface defects that occur on single-crystal gallium nitride (GaN) substrates and GaN films. This Part 1 document identifies and describes dislocations and process‑induced defects exposed at the GaN surface for:
- single‑crystal GaN substrates;
- homoepitaxial GaN films on GaN substrates;
- heteroepitaxial GaN films on Al2O3 (aluminium oxide), SiC (silicon carbide) or Si (silicon) substrates.
It does not apply when the acute angle between the surface normal and the GaN c‑axis is ≥ 8°.
Key topics and technical requirements
- Defect classification scope: Focused on surface‑exposed dislocations and processing defects relevant to device-quality GaN.
- Dislocation types described with crystallographic context and Burgers vectors:
- Threading dislocation - extends almost parallel to the c‑axis (includes tilted and helical forms; tilt up to 80°).
- Threading edge dislocation (TED) - b = n × (|a|/3) <11 2 0>.
- Threading screw dislocation (TSD) - b = n × |c| <0001> (hollow core variants noted).
- Threading mixed dislocation (TMD) - b = m × (|a|/3) <11 2 0> + n × |c| <0001>.
- Basal plane dislocation - located on the basal plane (perpendicular to c‑axis).
- Process‑induced defects:
- Scratch - linear groove (length:width ≥ 5:1).
- Latent scratch - groove revealed after chemical etching.
- Pit - holes or hexagonal truncated‑pyramid/bowl‑shaped features often revealed by etching.
- Terminology: Defines GaN, Burgers vector, c‑axis, etching/etchant, substrate, homo/heteroepitaxy - enabling consistent defect reporting.
Applications and who uses it
ISO 5618-1:2023 is essential for:
- GaN substrate and epitaxial film manufacturers for quality classification and process control.
- LED, LD and power device makers to assess how surface defects affect luminous efficiency, performance and reliability.
- Materials scientists, process engineers and metrology labs performing defect characterization and yield improvement.
- Quality assurance and procurement teams specifying acceptance criteria for GaN wafers and films.
Use cases include setting inspection protocols, benchmarking dislocation types and guiding process improvements to reduce defect densities that degrade device performance.
Related standards
- ISO 5618-2 (under preparation) - Method of determining etch pit density (complements Part 1).
- ISO 15932:2013 - relevant terminology (microbeam analysis).
- IEC 63068-1:2019 - analogous defect classification for SiC wafers.
Keywords: ISO 5618-1:2023, GaN surface defects, gallium nitride, threading dislocation, TED, TSD, TMD, basal plane dislocation, pits, scratches, etch pit density, fine ceramics, advanced ceramics.
ISO 5618-1:2023 - Fine ceramics (advanced ceramics, advanced technical ceramics) — Test method for GaN crystal surface defects — Part 1: Classification of defects Released:15. 11. 2023
ISO 5618-1:2023 - Céramiques techniques — Méthode d’essai pour les défauts de surface des cristaux de GaN — Partie 1: Classification des défauts Released:11/22/2023
Frequently Asked Questions
ISO 5618-1:2023 is a standard published by the International Organization for Standardization (ISO). Its full title is "Fine ceramics (advanced ceramics, advanced technical ceramics) — Test method for GaN crystal surface defects — Part 1: Classification of defects". This standard covers: This document gives a classification of the dislocations and process-induced defects, from among the various surface defects, that occur on single-crystal gallium nitride (GaN) substrates or single-crystal GaN films. It is applicable to the dislocations and process-induced defects exposed on the surface of the following types of GaN substrates or films: — single-crystal GaN substrate; — single-crystal GaN film formed by homoepitaxial growth on a single-crystal GaN substrate; — single-crystal GaN film formed by heteroepitaxial growth on a single-crystal aluminium oxide (Al2O3), silicon carbide (SiC) or silicon (Si) substrate. It is not applicable to defects exposed on the surface if the absolute value of the acute angle between the surface normal and the c-axis of GaN is ≥ 8°.
This document gives a classification of the dislocations and process-induced defects, from among the various surface defects, that occur on single-crystal gallium nitride (GaN) substrates or single-crystal GaN films. It is applicable to the dislocations and process-induced defects exposed on the surface of the following types of GaN substrates or films: — single-crystal GaN substrate; — single-crystal GaN film formed by homoepitaxial growth on a single-crystal GaN substrate; — single-crystal GaN film formed by heteroepitaxial growth on a single-crystal aluminium oxide (Al2O3), silicon carbide (SiC) or silicon (Si) substrate. It is not applicable to defects exposed on the surface if the absolute value of the acute angle between the surface normal and the c-axis of GaN is ≥ 8°.
ISO 5618-1:2023 is classified under the following ICS (International Classification for Standards) categories: 81.060.30 - Advanced ceramics. The ICS classification helps identify the subject area and facilitates finding related standards.
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Standards Content (Sample)
INTERNATIONAL ISO
STANDARD 5618-1
First edition
2023-11
Fine ceramics (advanced ceramics,
advanced technical ceramics) —
Test method for GaN crystal surface
defects —
Part 1:
Classification of defects
Céramiques techniques — Méthode d’essai pour les défauts de surface
des cristaux de GaN —
Partie 1: Classification des défauts
Reference number
© ISO 2023
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CH-1214 Vernier, Geneva
Phone: +41 22 749 01 11
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Website: www.iso.org
Published in Switzerland
ii
Contents Page
Foreword .iv
Introduction .v
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms and definitions . 1
4 Classification of defects . 3
4.1 General . 3
4.2 Description of the defect classes . 3
4.2.1 Dislocation . 3
4.2.2 Process-induced defects . 5
Bibliography . 7
iii
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards
bodies (ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out
through ISO technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical
committee has been established has the right to be represented on that committee. International
organizations, governmental and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work.
ISO collaborates closely with the International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of
electrotechnical standardization.
The procedures used to develop this document and those intended for its further maintenance are
described in the ISO/IEC Directives, Part 1. In particular, the different approval criteria needed for the
different types of ISO document should be noted. This document was drafted in accordance with the
editorial rules of the ISO/IEC Directives, Part 2 (see www.iso.org/directives).
ISO draws attention to the possibility that the implementation of this document may involve the use
of (a) patent(s). ISO takes no position concerning the evidence, validity or applicability of any claimed
patent rights in respect thereof. As of the date of publication of this document, ISO had not received
notice of (a) patent(s) which may be required to implement this document. However, implementers are
cautioned that this may not represent the latest information, which may be obtained from the patent
database available at www.iso.org/patents. ISO shall not be held responsible for identifying any or all
such patent rights.
Any trade name used in this document is information given for the convenience of users and does not
constitute an endorsement.
For an explanation of the voluntary nature of standards, the meaning of ISO specific terms and
expressions related to conformity assessment, as well as information about ISO's adherence to
the World Trade Organization (WTO) principles in the Technical Barriers to Trade (TBT), see
www.iso.org/iso/foreword.html.
This document was prepared by Technical Committee ISO/TC 206, Fine ceramics.
A list of all parts in the ISO 5618 series can be found on the ISO website.
Any feedback or questions on this document should be directed to the user’s national standards body. A
complete listing of these bodies can be found at www.iso.org/members.html.
iv
Introduction
GaN is a direct transition type of wide-bandgap semiconductor with superior physical properties,
including a higher breakdown electric field, saturated electron drift velocity and thermal conductivity,
to Si. GaN is expected to be applied not only in light-emitting devices that have been in practical use
for a long time, such as ultraviolet and blue laser diodes (LDs) and light-emitting diodes (LEDs), but
also in power devices for high-efficiency power conversion. In particular, the characteristics of GaN-
based power devices are applied in the fields of photovoltaics, automobiles, railways (electric motors
and linear motors), communication base stations and microwave power transmission.
The single-crystal GaN substrate or single-crystal GaN film is the base material used to produce
devices. However, the surface of a single-crystal GaN substrate or single-crystal GaN film contains
many dislocations that are introduced during crystal growth and defects that are introduced during
wafer processing. The dislocations and/or defects cause a decrease in luminous efficiency for a light-
emitting device and a degradation in performance and reliability for a power device. In particular,
given the practical applications and market expansion of power devices that apply a high voltage and
high current, it is important to supply single-crystal GaN substrates and single-crystal GaN films with
low densities of dislocation and defects. Therefore, it is essential to have an International Standard that
defines and classifies the types of, and further determines the density of, dislocations and process-
induced defects that exist on the surface as an index for assessing the quality of a single-crystal GaN
substrate or single-crystal GaN film.
This document gives a classification of the dislocations and process-induced defects exposed on the
surface of single-crystal GaN substrates and single-crystal GaN films. These single-crystal substrates
and films are mainly used for light-emitting devices, such as LDs and LEDs, and power devices
1)
that perform high-voltage and high-current power conversion. ISO 5618-2 provides a method of
determining the etch pit density.
1) Under preparation. Stage at the time of publication: ISO/DIS 5618-2:2023.
v
INTERNATIONAL STANDARD ISO 5618-1:2023(E)
Fine ceramics (advanced ceramics, advanced technical
ceramics) — Test method for GaN crystal surface defects —
Part 1:
Classification of defects
1 Scope
This document gives a classification of the dislocations and process-induced defects, from among the
various surface defects, that occur on single-crystal gallium nitride (GaN) substrates or single-crystal
GaN films.
It is applicable to the dislocations and process-induced defects exposed on the surface of the following
types of GaN substrates or films:
— single-crystal GaN substrate;
— single-crystal GaN film formed by homoepitaxial growth on a single-crystal GaN substrate;
— single-crystal GaN film formed by heteroepitaxial growth on a single-
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 5618-1
Première édition
2023-11
Céramiques techniques — Méthode
d’essai pour les défauts de surface des
cristaux de GaN —
Partie 1:
Classification des défauts
Fine ceramics (advanced ceramics, advanced technical ceramics) —
Test method for GaN crystal surface defects —
Part 1: Classification of defects
Numéro de référence
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ISO copyright office
Case postale 401 • Ch. de Blandonnet 8
CH-1214 Vernier, Genève
Tél.: +41 22 749 01 11
E-mail: copyright@iso.org
Web: www.iso.org
Publié en Suisse
ii
Sommaire Page
Avant-propos .iv
Introduction .v
1 Domaine d’application . 1
2 Références normatives .1
3 Termes et définitions . 1
4 Classification des défauts . 3
4.1 Généralités . 3
4.2 Description des classes de défauts . 3
4.2.1 Dislocation . 3
4.2.2 Défauts induits par le process . 6
Bibliographie . 8
iii
Avant-propos
L'ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d'organismes
nationaux de normalisation (comités membres de l'ISO). L'élaboration des Normes internationales est
en général confiée aux comités techniques de l'ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude
a le droit de faire partie du comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales,
gouvernementales et non gouvernementales, en liaison avec l'ISO, participent également aux travaux.
L'ISO collabore étroitement avec la Commission électrotechnique internationale (IEC) en ce qui
concerne la normalisation électrotechnique.
Les procédures utilisées pour élaborer le présent document et celles destinées à sa mise à jour sont
décrites dans les Directives ISO/IEC, Partie 1. Il convient, en particulier, de prendre note des différents
critères d'approbation requis pour les différents types de documents ISO. Le présent document
a été rédigé conformément aux règles de rédaction données dans les Directives ISO/IEC, Partie 2
(voir www.iso.org/directives).
L’ISO attire l’attention sur le fait que la mise en application du présent document peut entraîner
l’utilisation d’un ou de plusieurs brevets. L’ISO ne prend pas position quant à la preuve, à la validité
et à l’applicabilité de tout droit de brevet revendiqué à cet égard. À la date de publication du présent
document, l’ISO n'avait pas reçu notification qu’un ou plusieurs brevets pouvaient être nécessaires à sa
mise en application. Toutefois, il y a lieu d’avertir les responsables de la mise en application du présent
document que des informations plus récentes sont susceptibles de figurer dans la base de données de
brevets, disponible à l'adresse www.iso.org/brevets. L’ISO ne saurait être tenue pour responsable de ne
pas avoir identifié de tels droits de brevet.
Les appellations commerciales éventuellement mentionnées dans le présent document sont données
pour information, par souci de commodité, à l’intention des utilisateurs et ne sauraient constituer un
engagement.
Pour une explication de la nature volontaire des normes, la signification des termes et expressions
spécifiques de l'ISO liés à l'évaluation de la conformité, ou pour toute information au sujet de l'adhésion
de l'ISO aux principes de l’Organisation mondiale du commerce (OMC) concernant les obstacles
techniques au commerce (OTC), voir www.iso.org/iso/fr/avant-propos.html.
Le présent document a été élaboré par le comité technique ISO/TC 206, Céramiques techniques.
Une liste de toutes les parties de la série ISO 5618 peut être consultée sur le site web de l’ISO.
Il convient que l’utilisateur adresse tout retour d’information ou toute question concernant le présent
document à l’organisme national de normalisation de son pays. Une liste exhaustive desdits organismes
se trouve à l’adresse www.iso.org/fr/members.html.
iv
Introduction
Le GaN est un semi-conducteur à large bande interdite à gap direct qui possède des propriétés
physiques supérieures à celles du Si, notamment un champ électrique de claquage, une vitesse de
dérive des électrons saturés et une conductivité thermique plus élevés. On s’attend à ce que le GaN soit
appliqué non seulement dans les dispositifs émetteurs de lumière qui sont utilisés depuis longtemps,
tels que les diodes laser (LD) et les diodes électroluminescentes (LED) ultraviolettes et bleues, mais
aussi dans les dispositifs de puissance pour une conversion de puissance avec un rendement élevé. Les
caractéristiques des dispositifs de puissance à base de GaN sont notamment utilisées dans les domaines
du photovoltaïque, de l'automobile, des chemins de fer (moteurs électriques et moteurs linéaires), des
stations de base de communication et de la transmission de puissance par micro-ondes.
Le substrat de GaN monocristallin ou le film de GaN monocristallin est le matériau de base utilisé
pour produire des dispositifs. Toutefois, la surface d’un substrat de GaN monocristallin ou d’un film
de GaN monocristallin contient de nombreuses dislocations introduites pendant la croissance du
cristal ainsi que des défauts introduits pendant le traitement de la plaquette. Les dislocations et/ou
les défauts entraînent une diminution de l'efficacité lumineuse des dispositifs électroluminescents et
une dégradation des performances et de la fiabilité des dispositifs de puissance. En particulier, compte
tenu des applications pratiques et de l'expansion du marché des dispositifs de puissance qui appliquent
une tension et un courant élevés, il est important de fournir des substrats de GaN monocristallins
et des films de GaN monocristallins avec une faible densité de dislocations et de défauts. Il est donc
essentiel de disposer d'une Norme internationale qui définit et classe les types de dislocations et de
défauts induits par le process émergents à la surface, et qui détermine par ailleurs leur densité comme
un indice permettant d’évaluer la qualité d'un substrat ou d'un film de GaN monocristallin.
Le présent document donne une classification des dislocations et des défauts induits par le process
émergents à la surface des substrats et des films de GaN monocristallins. Ces substrats et films
monocristallins sont principalement utilisés pour les dispositifs émetteurs de lumière, tels que les LD
et les LED, et les dispositifs de puissance qui effectuent une conversion de puissance à haute tension et à
1)
haute intensité. L’ISO 5618-2 fournit une méthode de détermination de la densité des trous de gravure.
1) En cours d’élaboration. Stade au moment de la publication : ISO/DIS 5618-2:2023.
v
NORME INTERNATIONALE ISO 5618-1:2023(F)
Céramiques techniques — Méthode d’essai pour les
défauts de surface des cristaux de GaN —
Partie 1:
Classification des défauts
1 Domaine d’application
Le présent document donne une classification des dislocations et des défauts induits par le process
parmi les différents défauts de surface rencontrés sur les substrats de nitrure de gallium (GaN)
monocristallin ou les films de GaN monocristallin.
Il est applicable aux dislocations et défauts induits par le process émergents à la surface des types de
substrats ou de films de GaN suivants:
— substrat de GaN monocristallin;
— film de GaN monocristallin formé par croissance homoépitaxiale sur un substrat de GaN
monocristallin;
— film de GaN monocristallin formé par cro
...
Questions, Comments and Discussion
Ask us and Technical Secretary will try to provide an answer. You can facilitate discussion about the standard in here.
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