Qüsursuz epitaksial böyümə və uyğun olmayan dislokasiyalar

Qüsursuz epitaksial böyümə bir kristal qəfəs digərinə təxminən eyni qəfəs sabitlərinə malik olduqda baş verir. Böyümə, interfeys bölgəsindəki iki şəbəkənin şəbəkə sahələri təxminən uyğunlaşdıqda baş verir ki, bu da kiçik bir şəbəkə uyğunsuzluğu (0,1% -dən az) ilə mümkündür. Bu təxmini uyğunluq hətta hər bir atomun sərhəd qatındakı orijinal mövqeyindən bir qədər yerdəyişdiyi interfeysdə elastik gərginliklə də əldə edilir. Az miqdarda gərginlik nazik təbəqələr üçün dözümlü və hətta kvant quyusu lazerləri üçün arzuolunan olsa da, kristalda saxlanılan gərginlik enerjisi ümumiyyətlə bir qəfəsdə bir sıra atomların itkin düşdüyü uyğunsuz dislokasiyaların əmələ gəlməsi ilə azalır.

Yuxarıdakı rəqəm bir sxemi göstərirkub (100) müstəvisində epitaksial böyümə zamanı əmələ gələn uyğunsuz dislokasiya, burada iki yarımkeçiricinin bir az fərqli qəfəs sabitləri var. Əgər a substratın qəfəs sabitidirsə və a' = a − Δa artan təbəqənin sabitidirsə, onda hər bir çatışmayan atom sırası arasındakı məsafə təxminəndir:

L ≈ a²/Δa

İki qəfəsin interfeysində itkin atom sıraları iki perpendikulyar istiqamətdə mövcuddur. [100] kimi əsas kristal oxları boyunca cərgələr arasındakı məsafə təxminən yuxarıdakı düsturla verilir.

İnterfeysdəki bu tip qüsur dislokasiya adlanır. O, şəbəkənin uyğunsuzluğundan (və ya uyğunsuzluğundan) yarandığı üçün buna uyğun olmayan dislokasiya və ya sadəcə olaraq dislokasiya deyilir.

Uyğun olmayan dislokasiyaların yaxınlığında şəbəkə çoxlu sallanan bağlarla qeyri-kamildir ki, bu da elektronların və dəliklərin şüalanmayan rekombinasiyasına səbəb ola bilər. Buna görə də, yüksək keyfiyyətli optoelektronik cihaz istehsalı üçün uyğun olmayan dislokasiya olmayan təbəqələr tələb olunur.

Uyğun olmayan dislokasiyaların yaranması şəbəkənin uyğunsuzluğundan və böyüdülmüş epitaksial təbəqənin qalınlığından asılıdır. Əgər qəfəs uyğunsuzluğu Δa/a -5 × 10^-3 ilə 5 × 10^-3 diapazonundadırsa, InGaAsP-InP double-da uyğun olmayan dislokasiyalar əmələ gəlmir. (100) InP-də yetişən heterostruktur təbəqələri (0,4 µm qalınlığında).

(100) InP-də 650°C-də böyüdülmüş InGaAs təbəqələrinin müxtəlif qalınlıqları üçün qəfəs uyğunsuzluğu funksiyası kimi dislokasiyaların baş verməsi aşağıdakı şəkildə göstərilmişdir.

Bu rəqəm göstərir(100) InP-də LPE tərəfindən yetişdirilmiş InGaAs təbəqələrinin müxtəlif qalınlıqları üçün qəfəs uyğunsuzluğu funksiyası kimi uyğun olmayan dislokasiyaların baş verməsi. Möhkəm xətlərlə məhdudlaşan bölgədə uyğun olmayan dislokasiya müşahidə edilmir.

Yuxarıdakı şəkildə göstərildiyi kimi, bərk xətt heç bir dislokasiyanın müşahidə olunmadığı sərhədi təmsil edir. Qalın dislokasiya olmayan InGaAs təbəqələrinin böyüməsi üçün dözülən otaq temperaturu qəfəs uyğunsuzluğunun -6,5 × 10^-4 və -9 × 10^-4 arasında olduğu aşkar edilmişdir. .

Bu mənfi şəbəkə uyğunsuzluğu InGaAs və InP-nin istilik genişlənmə əmsallarındakı fərqə görə yaranır; 650°C böyümə temperaturunda mükəmməl uyğunlaşan təbəqə mənfi otaq temperaturu qəfəs uyğunsuzluğuna malik olacaqdır.

Uyğun olmayan dislokasiyalar böyümə temperaturu ətrafında formalaşdığından, böyümə temperaturunda şəbəkə uyğunluğu dislokasiyadan azad təbəqələrin böyüməsi üçün vacibdir.**