Визначення орієнтації кристалів.
Оскільки кристали володіють анізотропними властивостями, то при їх практичному
використанні зазвичай вирізаються пластини зі строго визначеною орієнтацією відносно кристалографічних осей. Зокрема, для отримання напівпровідникових квантових генераторів на p-n-переходах, в яких дзеркалами резонатора зазвичай служать природні межі кристала, поверхня пластин орієнтується перпендикулярно до площин, за якими найлегше отримати хороші відколи.
Існує кілька оптичних і рентгенографічних методів визначення орієнтації кристала. У найбільш скоєному, іонізаційному, методі напрямки осей визначаються з точністю до 3. Однак цей метод можна застосовувати тільки в тому випадку, якщо орієнтація кристала вже відома з точністю в кілька градусів. Тому при виробництві лазерних діодів орієнтація проводиться в два прийоми, спочатку грубо оптичними методами або за допомогою лауеграмми, а потім точно на іонізаційному спектрометрі.
Оптичні методи орієнтації забезпечують точність до 1-3 °, а в ряді випадків до 15-30. Вони засновані на вивченні зображень, створюваних світлом, відбитим від фігур травлення. Для отримання цих фігур необхідно на монокристаллическом зливку зробити зріз, відполірувати його, а потім обробити селективним травителем [16, 17]. В результаті селективного дії травителя на різні хімічні зв'язки на поверхні зрізу позначаються кристалографічні площини.
Якщо на кристал перпендикулярно до поверхні зрізу направити пучок світла (рис. 4), то відбиті промені створять на екрані своєрідну картину плям, по якій і визначається орієнтація кристала.
Напівпровідники Ge, Si, GaAs дуже просто орієнтувати в напрямку (111). Якщо відомо напрямок росту кристалу, то на злитку можна зробити зріз, площина якого становитиме невеликий кут з площиною (111). Після травлення на поверхні зрізу з'являються ямки у вигляді трикутників в площині (111), а у відбитому світлі спостерігається тільки одна пляма. Повертаючи кристал, можна до »битися такого положення, коли падаючий і відбитий промені будуть суміщені, тоді напрямок променя буде співпадати з напрямом (111).
Мал. 4. Схема установки для оптичної орієнтації кристалів: 1 - джерело світла; 2, 4 - лінзи; 3, 5 - діафрагма; 6 - білий екран; 7 - зразок
В «основі рентгенівських методів визначення кристалографічних напрямків лежить дифракція рентгенівських променів відкрита Лауе в 1912 р Під дією рентгенівського випромінювання атоми кристала самі стають джерелами вторинних хвиль тієї ж частоти. В результаті інтерференції вторинних хвиль рентгенівські промені розсіюються тільки за деякими строго визначеними напрямами.
Г. В. Вульф і У. Л. Брегг на основі простої моделі вивели формулу, яка б пов'язала відстань між атомними площинами в кристалі і кутом ковзання й, при якому виходить дифракційну максимум:
де довжина хвилі падаючих променів; порядок відображення (ціле число).
Якщо через тонку пластинку монокристалла пропустити пучок рентгенівських променів різних довжин хвиль, то на фотографічній пластинці, поставленої за кристалом, з'явиться система чорних плям, звана лауеграмми. Розташування плям на ній залежить від орієнтації кристала. При необхідності орієнтувати товсті пластинки або цілі злитки застосовується метод зворотної зйомки [18]. Фотоплівка ставиться попереду кристала, а збудливий промінь проходить через невеликий отвір в центрі фотоплівки. Часто приблизна орієнтація кристала відома, і завдання вимірювання кутів значно спрощується. Точність вимірювань при цьому не вище 05 °.
На відміну від лауеграмми, на яких відображена вся дифракційна картина, в іонізаційних спектрографах фіксується окремий дифракційну промінь. Для кожної речовини існує кілька кутів падіння таких, що лічильник фіксує відбитий промінь тільки, якщо він розташований під кутом 20 до падаючого променю. Тому при роботі з кристалами одного речовини рентгенівська трубка і лічильник фіксуються в заданому положенні. Шляхом повороту кристала фіксують кут, при якому стрілка лічильника показує максимальну інтенсивність. У цьому положенні кут падіння променя на кристалографічну площину дорівнює оскільки рентгенівські промені відбиваються від поверхні кристала, а від кристалографічних площин. Це дозволяє визначити тілесний кут між поверхнею кристала і шуканої кристаллографической площиною з точністю до 2-3.
В роботі [18] описаний оптичний метод орієнтації кристала з точністю до Монокристалічна пластина
сколюється по двох взаємно перпендикулярним площинах [110] і закріплюється в спеціальному притирочную пристосуванні. За допомогою двох мікрометричних гвинтів площині відколу по черзі встановлюються перпендикулярно до променя світла. У цьому положенні платівка шліфується і полірується з метою підготовки поверхні до проведення дифузії легуючої домішки або до створення епітаксійного шару.