Ақаусыз эпитаксиалды өсу және сәйкес келмейтін дислокациялар

Ақаусыз эпитаксиалды өсу бір кристалдық тордың екіншісіне дерлік бірдей тор константалары болған кезде пайда болады. Интерфейс аймағындағы екі тордың тор учаскелері шамамен сәйкес келген кезде өсу орын алады, бұл тордың шағын сәйкессіздігімен (0,1%-дан аз) мүмкін. Бұл шамамен сәйкестік тіпті әрбір атом шекаралық қабаттағы бастапқы орнынан аздап ығысқан интерфейстегі серпімді деформациямен де қол жеткізіледі. Штаммның аз мөлшері жұқа қабаттар үшін төзімді және тіпті кванттық ұңғыма лазерлері үшін қажет болғанымен, кристалда сақталған деформациялық энергия әдетте бір тордағы атомдардың жетіспейтін қатарын қамтитын сәйкес келмейтін дислокациялардың пайда болуымен төмендейді.

Жоғарыдағы сурет схемасын көрсетедітекше (100) жазықтықта эпитаксиалды өсу кезінде қалыптасқан сәйкес келмейтін дислокация, мұндағы екі жартылай өткізгіштің тор константалары сәл өзгеше болады. Егер a субстраттың тор константасы және a’ = a − Δa өсіп жатқан қабаттың тұрақтысы болса, онда атомдардың әрбір жетіспейтін қатарының арасындағы қашықтық шамамен:

L ≈ a²/Δa

Екі тордың интерфейсінде атомдардың жетіспейтін қатарлары екі перпендикуляр бағытта орналасады. [100] сияқты негізгі кристалдық осьтер бойындағы жолдар арасындағы аралық шамамен жоғарыдағы формуламен берілген.

Интерфейстегі ақаудың бұл түрі дислокация деп аталады. Ол тордың сәйкессіздігінен (немесе сәйкес келмеуінен) туындайтындықтан, ол сәйкес келмейтін дислокация немесе жай дислокация деп аталады.

Сәйкес келмейтін дислокациялардың жанында тор көптеген салбырап тұрған байланыстармен жетілмеген, бұл электрондар мен тесіктердің радиациялық емес рекомбинациясына әкелуі мүмкін. Сондықтан жоғары сапалы оптоэлектрондық құрылғыны жасау үшін сәйкес келмейтін дислокациясыз қабаттар қажет.

Сәйкес келмейтін дислокациялардың пайда болуы тордың сәйкессіздігіне және өсірілген эпитаксиалды қабаттың қалыңдығына байланысты. Егер тордың сәйкессіздігі Δa/a -5 × 10^-3 пен 5 × 10^-3 аралығында болса, InGaAsP-InP қосарлы параметрінде сәйкес келмейтін дислокациялар түзілмейді. (100) InP-де өсірілген гетероструктуралық қабаттар (қалыңдығы 0,4 мкм).

(100) InP бойынша 650°C өсірілген InGaAs қабаттарының әртүрлі қалыңдықтары үшін тор сәйкессіздігінің функциясы ретінде дислокацияның пайда болуы төмендегі суретте көрсетілген.

Бұл сурет көрсетеді(100) InP бойынша LPE арқылы өсірілген InGaAs қабаттарының әртүрлі қалыңдықтары үшін тордың сәйкессіздігінің функциясы ретінде сәйкес келмейтін дислокациялардың пайда болуы. Тұтас сызықтармен шектелген аймақта сәйкес келмейтін дислокация байқалмайды.

Жоғарыдағы суретте көрсетілгендей, тұтас сызық ешқандай дислокация байқалмаған шекараны білдіреді. Қалың дислокациясыз InGaAs қабаттарының өсуі үшін рұқсат етілген бөлме температурасының тор сәйкессіздігі -6,5 × 10^-4 және -9 × 10^-4 арасында екені анықталды. .

Бұл теріс тор сәйкессіздігі InGaAs және InP термиялық кеңею коэффициенттерінің айырмашылығына байланысты туындайды; 650°C өсу температурасында тамаша сәйкес келетін қабат бөлме температурасының теріс тор сәйкессіздігіне ие болады.

Сәйкес келмейтін дислокациялар өсу температурасының айналасында қалыптасатындықтан, өсу температурасында тордың сәйкестігі дислокациясыз қабаттардың өсуі үшін маңызды.**