砷化镓晶体定向及籽晶加工

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1、砷化镓晶体定向、籽晶加工和安装技术一个理想的籽晶，应是同一材料的无缺陷或很少缺陷的有一定取向单晶制成。籽晶可以是圆柱，也可是方形。直径不宜太粗。籽晶必须具有确定的晶向，生长的砷化镓晶体一般有<11l>、<100>、<21l>、<511>等晶向。籽晶加工分同类晶向的籽晶加工和不同类晶向的籽晶加工。为了得到晶向精度较高的籽晶，必须对加工籽晶的晶体进行定向。以下介绍几种定向方法。1解理法定向晶体的解理，就是当晶体受到定向机械应力的作用时，可以平行一个或几个平整的面分裂开的性质。这些分裂的平整平面称为解理面。晶体的解理面形成机理分为三类：(1)晶体在各方向上键结

2、合的方式是否有很大差异，键合较微弱的晶面必然是解理面。(2)如果晶体中各个方向上键合的方式相同，相邻晶面间键密度的大小，键密度小的必然是解理面。(3)对于带有离子键的晶体，晶面间的作用，键密度的大小不是唯一的因素，而还应考虑相邻晶面间的静电作用。在砷化镓晶体中，(111)晶面(又称为A面)全部是由Ⅲ族镓原子组成，(-1-1-1)晶面(又称B面)全部由V族砷原子组成，而(111)面与(-1-1-1)面在晶体中是交替排列的。砷化镓晶体中的镓原子和砷原子都处于极化状态，即镓原子带负电，砷原子带正电。因此在(111)晶面与(-1-1-1)晶面之间存在静电引力作用

3、，外来的机械作用力不易把它们分裂开。而在每个(110)晶面间上都有相同数目的镓原子和砷原子，所以(110)晶面间不存在静电引力。同时因(110)晶面间单位面积上作用的键数仅比(111)晶面多，而比其它晶面都少，所以(110)晶面在外来机械作用力的作用下极易分裂开，成为极完整的解理面。单晶体有一种独特的性质各向异性，在晶体生长也表现出这种性质，一般晶体生长时，都优先在原子排列最密集的晶面上生长的倾向。对砷化镓晶体，原子排列最密集的晶面是（111)晶面。镓、砷原子在（111)面上按六角密堆进行排列。晶体生长时，在原子稠密的平面上进行横向扩展，要比垂直此平面产

4、生新的核而生长要迅速。砷化镓晶体属极性晶体，因此极性也影响着砷化镓单晶的生长。埃利斯(E11is)实验证明，直拉砷化镓单晶时，生长速度最慢的面是砷面[(-1-1-1)晶面]，而镓面[(111)晶面]的生长速度较砷面快。解理插针法定向能可靠地对砷化锿单晶的(100)、(111)和(110)晶面进行定向。此法所用设备简单。定向时间短，但定向偏离度在3～5°。此法不适合籽晶加工定向，也不适合工厂生产。解理法测角定向较为广泛使用．可以获得准确的晶体取向和晶体取向的偏移数值。2图像法定向图1(111)、(-1-1-1)砷化锿简化极射赤面投影，单晶的生长棱线，光反射

5、花样，解理面、位错腐蚀坑图形光图像定向是根据晶体解理面的光反射性和晶体结构的对称性实现对晶体定向。当一束较细的平行光照射到经一定方法处理过的晶体断面上时，晶体断面上按一定对称方向排列放置的解理面就会产生反射。对不同结构的晶体和不同的晶面，反射光在光屏上形成不同的光圈像。转动晶体，以调整光图像的形状和位置，就可获得所需要的晶体取向。图2(100)、(1l0)砷化镓简化极射赤面投影，单晶的生长棱线，光反射花样，解理面、位错腐蚀坑图形晶体断面处理的目的使断面上的几个对称解理面组同时显露处理．使平行光束照射到这些解理面上时产生对称的光反射．在光屏上形成对称的光反

6、射图像。一般采用机械处理和化学处理相结合方法。机械处理：(1)一般根据晶体的生长棱线可以判断出晶体的大致取向。如果所要求的晶向和晶体原来的断面取向基本一致，可用100#碳化硅在平板玻璃上将其断面研磨粗糙。(2)如果不能根据晶体的生长棱线来判断其断面的取向，或者所判定的断面的取向和要求的晶体取向不一致时，需用球面研磨器和100#碳化硅将单晶断面研磨成半球状，也可用砂轮磨去晶体断面处的棱角，选用100#沙子用压缩空气喷沙处理。形成许多可能取向的解理面组，宏观上只能看到晶体断面上有无数凹凸的小坑和有闪光的亮点。它们对入射平行光束将按其取向方向产生光反射。化学处

7、理：适当的化学腐蚀机械处理过的晶体断面，使断面处凹凸坑里的不同取向的小解理面更分明。同时去除凹凸坑内的一些残余晶体粉末和碳化硅污物。使处理后光图像变得更清晰。然后采用光图像定向仪定向。砷化镓光图像法定向腐蚀液配方：<111>HN03：H20=1：22～3min<-1-1-1>HF：HN03：H20：HN03(1％溶液)=1：3：4：1lmin3X射线定向3.1X射线定向基本原理当任何一种高速运动的带电粒子与一块金属物质相碰撞时，都会产生X射线。当真空条件下，阴极灯丝发出的电子在高压电场加速成高速运动的带电粒子与阳极金属物质原子的内层电子相作用，内层电子因

8、获得了外来带电粒子的能量而被激发到最外层能级上，或被激发出整个原子体系之外。邻近