Tăng trưởng epiticular không có khuyết tật và sai lệch vị trí

Tăng trưởng epiticular không khuyết tật xảy ra khi một mạng tinh thể có hằng số mạng gần như giống hệt với mạng khác. Sự tăng trưởng xảy ra khi các vị trí mạng của hai mạng ở vùng giao diện gần như khớp nhau, điều này có thể xảy ra với sự không khớp mạng nhỏ (dưới 0,1%). Sự kết hợp gần đúng này đạt được ngay cả với biến dạng đàn hồi tại bề mặt phân cách, trong đó mỗi nguyên tử bị dịch chuyển một chút so với vị trí ban đầu của nó trong lớp ranh giới. Trong khi một lượng biến dạng nhỏ có thể chấp nhận được đối với các lớp mỏng và thậm chí là mong muốn đối với các laser giếng lượng tử, thì năng lượng biến dạng tích trữ trong tinh thể thường giảm xuống do sự hình thành các sai lệch không khớp, liên quan đến việc thiếu một hàng nguyên tử trong một mạng.

Hình trên minh họa sơ đồ củamột sự lệch vị trí không phù hợp được hình thành trong quá trình tăng trưởng epiticular trên mặt phẳng khối (100), trong đó hai chất bán dẫn có hằng số mạng hơi khác nhau. Nếu a là hằng số mạng của chất nền và a’ = a − Δa là hằng số mạng của lớp đang phát triển thì khoảng cách giữa mỗi hàng nguyên tử bị thiếu là xấp xỉ:

L ≈ a²/Δa

Tại mặt phân cách của hai mạng, các hàng nguyên tử còn thiếu tồn tại dọc theo hai hướng vuông góc. Khoảng cách giữa các hàng dọc theo trục tinh thể chính, chẳng hạn như [100], được tính gần đúng theo công thức trên.

Loại khiếm khuyết ở giao diện này được gọi là trật khớp. Vì nó phát sinh từ sự không khớp mạng (hoặc không khớp), nên nó được gọi là trật khớp không khớp, hoặc đơn giản là trật khớp.

Trong vùng lân cận của các sai lệch không khớp, mạng không hoàn hảo với nhiều liên kết lơ lửng, có thể dẫn đến sự tái hợp không bức xạ của các electron và lỗ trống. Do đó, để chế tạo thiết bị quang điện tử chất lượng cao, cần có các lớp không bị lệch vị trí.

Việc tạo ra các sai lệch không khớp phụ thuộc vào sự không khớp của mạng và độ dày của lớp epiticular phát triển. Nếu mạng không khớp Δa/a nằm trong phạm vi từ -5 × 10^-3 đến 5 × 10^-3, thì không có sự lệch vị trí không phù hợp nào được hình thành trong InGaAsP-InP kép các lớp cấu trúc dị thể (dày 0,4 µm) được trồng trên (100) InP.

Sự xuất hiện của các sai lệch do hàm số của mạng không khớp với các độ dày khác nhau của các lớp InGaAs phát triển ở 650°C trên (100) InP được thể hiện trong hình bên dưới.

Hình này minh họasự xuất hiện của các sai lệch không khớp do hàm số của mạng không khớp với các độ dày khác nhau của các lớp InGaAs được LPE phát triển trên (100) InP. Không có sự sai lệch không phù hợp nào được quan sát thấy trong khu vực được giới hạn bởi các đường liền nét.

Như thể hiện trong hình trên, đường liền nét biểu thị ranh giới nơi không quan sát thấy sự lệch vị trí. Đối với sự phát triển của các lớp InGaAs dày không bị trật khớp, sự không phù hợp của mạng ở nhiệt độ phòng có thể chấp nhận được được tìm thấy là nằm trong khoảng -6,5 × 10^-4 và -9 × 10^-4 .

Sự không khớp mạng âm này phát sinh do sự khác biệt về hệ số giãn nở nhiệt của InGaAs và InP; một lớp phù hợp hoàn hảo ở nhiệt độ tăng trưởng 650°C sẽ có sự không phù hợp mạng tinh thể ở nhiệt độ phòng.

Do các sai lệch không khớp được hình thành xung quanh nhiệt độ tăng trưởng, nên sự kết hợp mạng ở nhiệt độ tăng trưởng rất quan trọng đối với sự phát triển của các lớp không bị sai lệch.**