رشد اپیتاکسیال بدون نقص و دررفتگی نامناسب

رشد اپیتاکسیال بدون نقص زمانی اتفاق می‌افتد که یک شبکه کریستالی دارای ثابت‌های شبکه تقریباً یکسان با دیگری باشد. رشد زمانی اتفاق می‌افتد که محل‌های شبکه دو شبکه در ناحیه رابط تقریباً مطابقت داشته باشند، که با عدم تطابق شبکه کوچک (کمتر از 0.1٪) امکان پذیر است. این تطابق تقریبی حتی با کرنش الاستیک در سطح مشترک به دست می آید، جایی که هر اتم کمی از موقعیت اصلی خود در لایه مرزی جابجا می شود. در حالی که مقدار کمی کرنش برای لایه های نازک قابل تحمل است و حتی برای لیزرهای چاه کوانتومی مطلوب است، انرژی کرنش ذخیره شده در کریستال به طور کلی با تشکیل نابجایی های نامناسب کاهش می یابد، که شامل ردیفی از اتم ها در یک شبکه است.

شکل بالا شماتیکی ازدررفتگی نامناسب در طول رشد اپیتاکسیال در یک صفحه مکعبی (100) ایجاد می شود، که در آن دو نیمه هادی دارای ثابت های شبکه کمی متفاوت هستند. اگر a ثابت شبکه زیرلایه باشد و a' = a - Δa همان لایه در حال رشد باشد، فاصله بین هر ردیف از اتم‌های گمشده تقریباً برابر است:

L ≈ a²/Δa

در فصل مشترک دو شبکه، ردیف های گمشده اتم ها در امتداد دو جهت عمود بر هم وجود دارند. فاصله بین ردیف ها در امتداد محورهای کریستالی اصلی، مانند [100]، تقریباً با فرمول بالا ارائه می شود.

این نوع نقص در رابط، دررفتگی نامیده می شود. از آنجایی که از عدم تطابق شبکه (یا عدم تناسب) ناشی می شود، نابجایی نامناسب یا به سادگی نابجایی نامیده می شود.

در مجاورت نابجایی های نامناسب، شبکه با بسیاری از پیوندهای آویزان ناقص است که می تواند منجر به نوترکیب غیر تابشی الکترون ها و حفره ها شود. بنابراین، برای ساخت دستگاه اپتوالکترونیکی با کیفیت بالا، لایه‌های بدون دررفتگی نا مناسب مورد نیاز است.

ایجاد نابجایی های نامناسب به عدم تطابق شبکه و ضخامت لایه همپایی رشد یافته بستگی دارد. اگر عدم تطابق شبکه Δa/a در محدوده -5 × 10^-3 تا 5 × 10^-3 باشد، در این صورت هیچ دررفتگی نامناسبی در InGaAsP-InP دوبل ایجاد نمی شود. لایه‌های ناهم‌ساختار (0.4 میکرومتر ضخامت) روی (100) InP رشد کردند.

وقوع نابجایی به عنوان تابعی از عدم تطابق شبکه برای ضخامت های مختلف لایه های InGaAs رشد کرده در دمای 650 درجه سانتی گراد در (100) InP در شکل زیر نشان داده شده است.

این شکل نشان می دهدوقوع نابجایی نامناسب به عنوان تابعی از عدم تطابق شبکه برای ضخامت های مختلف لایه های InGaAs رشد یافته توسط LPE در (100) InP. هیچ دررفتگی نا مناسبی در ناحیه محدود شده توسط خطوط توپر مشاهده نمی شود.

همانطور که در شکل بالا نشان داده شده است، خط یکپارچه نشان دهنده مرزی است که در آن هیچ جابجایی مشاهده نشده است. برای رشد لایه‌های InGaAs بدون دررفتگی ضخیم، عدم تطابق شبکه دمای اتاق قابل تحمل بین -6.5 × 10^-4 و -9 × 10^-4 یافت می‌شود. .

این عدم تطابق شبکه منفی به دلیل تفاوت در ضرایب انبساط حرارتی InGaAs و InP ایجاد می شود. یک لایه کاملاً منطبق در دمای رشد 650 درجه سانتیگراد یک عدم تطابق شبکه با دمای اتاق منفی خواهد داشت.

از آنجایی که نابجایی های نامناسب در اطراف دمای رشد ایجاد می شوند، تطبیق شبکه در دمای رشد برای رشد لایه های بدون دررفتگی مهم است.**