Епитаксијални раст без дефекта и дислокације неслагања

Епитаксијални раст без дефеката настаје када једна кристална решетка има скоро идентичне константе решетке другој. Раст се дешава када се места решетке две решетке у области интерфејса приближно поклапају, што је могуће уз малу неусклађеност решетке (мање од 0,1%). Ово приближно подударање се постиже чак и са еластичним напрезањем на интерфејсу, где је сваки атом мало померен са свог првобитног положаја у граничном слоју. Док је мала количина напрезања толерантна за танке слојеве, па чак и пожељна за ласере са квантним бунарима, енергија деформације ускладиштена у кристалу се генерално смањује формирањем дислокација неусклађености, које укључују недостајући ред атома у једној решетки.

Слика изнад илуструје шемудислокација неслагања настала током епитаксијалног раста на кубичној (100) равни, где два полупроводника имају незнатно различите константе решетке. Ако је а константа решетке супстрата и а’ = а − Δа је константа растућег слоја, онда је размак између сваког реда атома који недостаје приближно:

Л ≈ а<суп>2/Δа

На интерфејсу две решетке, недостајући редови атома постоје дуж два окомита правца. Размак између редова дуж главних кристалних осе, као што је [100], приближно је дат горњом формулом.

Ова врста дефекта на интерфејсу назива се дислокација. Пошто произилази из неусклађености решетке (или неусклађености), назива се дислокација неслагања или једноставно дислокација.

У близини дислокација неслагања, решетка је несавршена са много висећих веза, што може довести до нерадијативне рекомбинације електрона и рупа. Због тога су за производњу висококвалитетних оптоелектронских уређаја потребни слојеви без дислокација.

Генерисање неусклађених дислокација зависи од неусклађености решетке и дебљине нараслог епитаксијалног слоја. Ако је неусклађеност решетке Δа/а у опсегу од -5 × 10<суп>-3 до 5 × 10<суп>-3, тада се не формирају дислокације неусклађености у ИнГаАсП-ИнП двоструком хетероструктурни слојеви (дебљине 0,4 µм) узгојени на (100) ИнП.

Појава дислокација као функције неусклађености решетке за различите дебљине слојева ИнГаАс узгојених на 650°Ц на (100) ИнП приказана је на доњој слици.

Ова цифра илуструјепојава дислокација неусклађености као функције неусклађености решетке за различите дебљине слојева ИнГаАс узгојених ЛПЕ на (100) ИнП. У области ограниченој пуним линијама нису примећене дислокације неслагања.

Као што је приказано на горњој слици, пуна линија представља границу на којој нису примећене дислокације. За раст дебелих слојева ИнГаАс без дислокација, утврђено је да је подношљива неусклађеност решетке собне температуре између -6,5 × 10<суп>-4 и -9 × 10<суп>-4 .

Ова негативна неусклађеност решетке настаје због разлике у коефицијентима топлотног ширења ИнГаАс и ИнП; савршено усклађени слој на температури раста од 650°Ц ће имати негативну неусклађеност решетке између собне температуре.

Пошто се дислокације неслагања формирају око температуре раста, усклађивање решетке на температури раста је важно за раст слојева без дислокација.**