Defektideta epitaksiaalne kasv ja sobimatud nihestused

Defektideta epitaksiaalne kasv tekib siis, kui ühel kristallvõrel on teisega peaaegu identsed võrekonstandid. Kasv toimub siis, kui kahe võre võresaidid liidese piirkonnas on ligikaudu sobitatud, mis on võimalik väikese võre mittevastavuse korral (alla 0,1%). See ligikaudne sobitamine saavutatakse isegi liidese elastse pinge korral, kus iga aatom on piirkihis oma algsest asendist veidi nihutatud. Kui õhukeste kihtide puhul on väike kogus pinget talutav ja kvantkaevlaserite puhul isegi soovitav, siis kristalli salvestatud pingeenergiat alandavad üldiselt sobimatud dislokatsioonid, mis hõlmavad puuduvat aatomirida ühes võres.

Ülaltoodud joonis illustreerib skeemiebasobiv dislokatsioon, mis tekkis epitaksiaalse kasvu käigus kuuptasandil (100)., kus kahel pooljuhil on veidi erinevad võrekonstandid. Kui a on substraadi võrekonstant ja a’ = a − Δa on kasvava kihi võrekonstant, siis on iga puuduva aatomirea vaheline kaugus ligikaudu:

L ≈ a²/Δa

Kahe võre liideses eksisteerivad puuduvad aatomiread kahes risti asetsevas suunas. Ridade vaheline kaugus piki kristalli põhitelgesid, nagu [100], on ligikaudu antud ülaltoodud valemiga.

Seda tüüpi liidese defekte nimetatakse dislokatsiooniks. Kuna see tuleneb võre mittesobivusest (või sobimatust), nimetatakse seda sobimatuks dislokatsiooniks või lihtsalt dislokatsiooniks.

Sobimatute dislokatsioonide läheduses on võre paljude rippuvate sidemetega ebatäiuslik, mis võib viia elektronide ja aukude mittekiirgusliku rekombinatsioonini. Seetõttu on optoelektrooniliste seadmete kvaliteetseks valmistamiseks vaja sobimatuid nihestusvabasid kihte.

Sobimatute dislokatsioonide teke sõltub võre mittevastavusest ja kasvatatud epitaksiaalse kihi paksusest. Kui võre mittevastavus Δa/a on vahemikus -5 × 10^-3 kuni 5 × 10^-3, siis ei teki InGaAsP-InP duublis sobimatuse dislokatsioone heterostruktuuri kihid (0,4 µm paksused), mida kasvatati (100) InP.

Dislokatsioonide esinemine võre mittevastavuse funktsioonina InGaAs kihtide erineva paksusega, mis on kasvatatud temperatuuril 650 ° C (100) InP, on näidatud alloleval joonisel.

See joonis illustreeribsobimatute dislokatsioonide esinemine võre mittevastavuse funktsioonina LPE poolt kasvatatud erineva paksusega InGaAs kihtide puhul (100) InP. Ühtegi sobimatut dislokatsiooni ei täheldata pidevate joontega piiratud piirkonnas.

Nagu ülaltoodud joonisel näidatud, tähistab pidev joon piiri, kus nihestusi ei täheldatud. Paksude dislokatsioonivabade InGaAs kihtide kasvu korral leiti, et talutav toatemperatuuri võre mittevastavus on vahemikus -6,5 × 10^-4 kuni -9 × 10^-4 .

See negatiivne võre mittevastavus tuleneb InGaAs ja InP soojuspaisumistegurite erinevusest; Täiuslikult sobival kihil kasvutemperatuuril 650 °C on negatiivne toatemperatuuri võre mittevastavus.

Kuna sobimatud dislokatsioonid tekivad kasvutemperatuuri ümber, on võre sobitamine kasvutemperatuuril oluline dislokatsioonivabade kihtide kasvuks.**