1　晶体定向切割分析

1. 1　定向分析

  目前世界上所用的晶体材料如 Si、 等单Ge质晶体或 GaAs、GaP 、InP 等化合物半导体晶体 都 是 闪 锌 矿 结 构, 一 般 都 是 沿 〈111〉、〈100〉或 〈110〉取向生长而成。其相互间的关系模型如图 1 所示。在用这些晶体的晶片做外延生长时, 在不同的晶向上外延沉积的速率是不同的。因此, 正晶向生长的晶体在用户做外延时都要求晶片偏向邻近晶面某一角度 ( 一般在 5°以内) , 以保证在同样生长条件下外延沉积速率较快, 并且外延层的表面质量也较好。

1. 2　定向原理
  晶体定向的方法很多, 下面仅介绍我单位所用的 YX -Ⅱ型 x 射线衍射仪的定向方法。YX -Ⅱ型定向仪只能做一维旋转, 它特别适用于已知晶向的精密定向。它的定向原理如图 2 所示, 把切割好的晶片表面置于 Hhkl位置, 探测器置于2Hhkl位置。如所测表面正好为 ( hkl) , 则探测器就会获得最大衍射值。如所测表面与 ( hkl) 面有一夹角 5 , 则入射线与晶面 ( hkl) 的夹角就为 H 5 , 只有相应地把晶体旋转 5 值, 才能满±足 Brag g 方程 ( 2dhklsinH nK 其中: dhkl为 hkl=,晶面族的晶间距, H为入射线与晶面 ( hkl ) 的夹角, K为入射线波长, n 为衍射级, 从而使探测器获得最大的衍射值。

2　单晶的定向切割
  把晶片的定向原理应用到生产中, 就是使定向仪与切片机密切配合, 从而切割出合乎要求的晶片。我厂所用定向仪为辽东射线仪器有限公司生产的 YX-Ⅱ型定向仪, 切片机为瑞士 T S23 内圆切片机, 切割材料为 Si、GaAs、GaP。由于切片机有两个可调整切片角度的刻度盘, 一为水平旋转, 一为垂直旋转。因此必须把上述的偏角 5 分解成相应的两个分量 A和 B。5 与 A B、之 间是球面直角 三角形的关系, 即: cos5 = cosAcosB。 5 < 5° 球面直角三角形可近似当时, 地视为平面直角三角形, 即 5 = A2+ B2。
在直拉单晶中, 5 一般都小于 5° 则可用, 此近似公式。根据以上理论, 在实践中, 加上各晶面间的转换关系, 反复实验, 终于摸索出了以下所述方法, 准确实现了晶体的正向切割或从一个晶面到另一任意晶面的 定向切割问题。具体方法如下: 首先, 在晶锭顶端作垂直的标记 “ , 切↑”下测试片。

2. 1　测水平偏移角
  使晶片上的标记为 “ , 置于测试仪上改↑”变入射角度找出最大衍射时的入射角 X。
    当 X> H时 ( 见图 3) , 此时 A为正值, X=H A 应按图中所示的旋转方向来校正晶向。+,

  当 X< H时, A为负值 ( 见图 4) , 此时 X= H A 应按图中所示旋转方向来校正晶向。-

  取 下 测 试 片, 旋 转 180° 标 记 成使“ , 再测出衍射最大时入射角的值 X′↓”。û用公式 A ûX- X′即可得出晶片在水平=2方向上的偏差。校正旋转的方向, 根据 X 和 H的大小, 用图 3 或图 4 所示的旋转方向确定。

2. 2　测垂直方向偏移角
    旋转晶片使标记成 “ , 在 x 光衍射仪上→”测出衍射最大时的入射角 X。
当 X> H时 ( 见图 5) , B 为正值, X= H B, 应+按图中所示的旋转方向进行校正。
当 X< H时 ( 见图 6) , B 为负值, X= H B,-应按图中所示旋转方向校正晶向。
取下晶片并旋转 180°使标记成 “ , 再测←”出衍射最大时入射角 X′。
    û用公式 B= ûX- X′即可得出晶向在垂直2方向上的偏差。校正旋转方向, 根据 X 和 H的大小对比, 用图 5 或图 6 所示的方向确定。

  图5 X>H时 B 旋转方向

图6 X>H时 B 旋转方向

    通过以上的测量和计算, 我们就得出了晶向在水平和垂直方向的偏移角 A和 B的值以及校正的旋转方向。在切片机上按所得结果设定导轨左右和上下偏转的角度, 即可得到正晶向的晶片。定出了正晶向, 根据单晶的晶体结构再偏转, 就可切出向其它晶向偏转的晶片。目前, 通过大批量的加工, 我们已熟练地掌握了这一技术。切割精度达到 5′以内。