1　晶體定向切割分析

1. 1　定向分析

  目前世界上所用的晶體材料如 Si、 等單Ge質(zhì)晶體或 GaAs、GaP 、InP 等化合物半導(dǎo)體晶體 都 是 閃 鋅 礦 結(jié) 構(gòu), 一 般 都 是 沿 〈111〉、〈100〉或 〈110〉取向生長(zhǎng)而成。其相互間的關(guān)系模型如圖 1 所示。在用這些晶體的晶片做外延生長(zhǎng)時(shí), 在不同的晶向上外延沉積的速率是不同的。因此, 正晶向生長(zhǎng)的晶體在用戶做外延時(shí)都要求晶片偏向鄰近晶面某一角度 ( 一般在 5°以內(nèi)) , 以保證在同樣生長(zhǎng)條件下外延沉積速率較快, 并且外延層的表面質(zhì)量也較好。

1. 2　定向原理
  晶體定向的方法很多, 下面僅介紹我單位所用的 YX -Ⅱ型 x 射線衍射儀的定向方法。YX -Ⅱ型定向儀只能做一維旋轉(zhuǎn), 它特別適用于已知晶向的精密定向。它的定向原理如圖 2 所示, 把切割好的晶片表面置于 Hhkl位置, 探測(cè)器置于2Hhkl位置。如所測(cè)表面正好為 ( hkl) , 則探測(cè)器就會(huì)獲得最大衍射值。如所測(cè)表面與 ( hkl) 面有一夾角 5 , 則入射線與晶面 ( hkl) 的夾角就為 H 5 , 只有相應(yīng)地把晶體旋轉(zhuǎn) 5 值, 才能滿±足 Brag g 方程 ( 2dhklsinH nK 其中: dhkl為 hkl=,晶面族的晶間距, H為入射線與晶面 ( hkl ) 的夾角, K為入射線波長(zhǎng), n 為衍射級(jí), 從而使探測(cè)器獲得最大的衍射值。

2　單晶的定向切割
  把晶片的定向原理應(yīng)用到生產(chǎn)中, 就是使定向儀與切片機(jī)密切配合, 從而切割出合乎要求的晶片。我廠所用定向儀為遼東射線儀器有限公司生產(chǎn)的 YX-Ⅱ型定向儀, 切片機(jī)為瑞士 T S23 內(nèi)圓切片機(jī), 切割材料為 Si、GaAs、GaP。由于切片機(jī)有兩個(gè)可調(diào)整切片角度的刻度盤(pán), 一為水平旋轉(zhuǎn), 一為垂直旋轉(zhuǎn)。因此必須把上述的偏角 5 分解成相應(yīng)的兩個(gè)分量 A和 B。5 與 A B、之 間是球面直角 三角形的關(guān)系, 即: cos5 = cosAcosB。 5 < 5° 球面直角三角形可近似當(dāng)時(shí), 地視為平面直角三角形, 即 5 = A2+ B2。
在直拉單晶中, 5 一般都小于 5° 則可用, 此近似公式。根據(jù)以上理論, 在實(shí)踐中, 加上各晶面間的轉(zhuǎn)換關(guān)系, 反復(fù)實(shí)驗(yàn), 終于摸索出了以下所述方法, 準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)了晶體的正向切割或從一個(gè)晶面到另一任意晶面的 定向切割問(wèn)題。具體方法如下: 首先, 在晶錠頂端作垂直的標(biāo)記 “ , 切↑”下測(cè)試片。

2. 1　測(cè)水平偏移角
  使晶片上的標(biāo)記為 “ , 置于測(cè)試儀上改↑”變?nèi)肷浣嵌日页鲎畲笱苌鋾r(shí)的入射角 X。
    當(dāng) X> H時(shí) ( 見(jiàn)圖 3) , 此時(shí) A為正值, X=H A 應(yīng)按圖中所示的旋轉(zhuǎn)方向來(lái)校正晶向。+,

  當(dāng) X< H時(shí), A為負(fù)值 ( 見(jiàn)圖 4) , 此時(shí) X= H A 應(yīng)按圖中所示旋轉(zhuǎn)方向來(lái)校正晶向。-

  取 下 測(cè) 試 片, 旋 轉(zhuǎn) 180° 標(biāo) 記 成使“ , 再測(cè)出衍射最大時(shí)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。校正旋轉(zhuǎn)的方向, 根據(jù) X 和 H的大小, 用圖 3 或圖 4 所示的旋轉(zhuǎn)方向確定。

2. 2　測(cè)垂直方向偏移角
    旋轉(zhuǎn)晶片使標(biāo)記成 “ , 在 x 光衍射儀上→”測(cè)出衍射最大時(shí)的入射角 X。
當(dāng) X> H時(shí) ( 見(jiàn)圖 5) , B 為正值, X= H B, 應(yīng)+按圖中所示的旋轉(zhuǎn)方向進(jìn)行校正。
當(dāng) X< H時(shí) ( 見(jiàn)圖 6) , B 為負(fù)值, X= H B,-應(yīng)按圖中所示旋轉(zhuǎn)方向校正晶向。
取下晶片并旋轉(zhuǎn) 180°使標(biāo)記成 “ , 再測(cè)←”出衍射最大時(shí)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。校正旋轉(zhuǎn)方向, 根據(jù) X 和 H的大小對(duì)比, 用圖 5 或圖 6 所示的方向確定。

  圖5 X>H時(shí) B 旋轉(zhuǎn)方向

圖6 X>H時(shí) B 旋轉(zhuǎn)方向

    通過(guò)以上的測(cè)量和計(jì)算, 我們就得出了晶向在水平和垂直方向的偏移角 A和 B的值以及校正的旋轉(zhuǎn)方向。在切片機(jī)上按所得結(jié)果設(shè)定導(dǎo)軌左右和上下偏轉(zhuǎn)的角度, 即可得到正晶向的晶片。定出了正晶向, 根據(jù)單晶的晶體結(jié)構(gòu)再偏轉(zhuǎn), 就可切出向其它晶向偏轉(zhuǎn)的晶片。目前, 通過(guò)大批量的加工, 我們已熟練地掌握了這一技術(shù)。切割精度達(dá)到 5′以內(nèi)。