Pertumbuhan Epitaxial Tanpa Kecacatan dan Dislokasi Tidak Sesuai

Pertumbuhan epitaxial tanpa kecacatan berlaku apabila satu kekisi kristal mempunyai pemalar kekisi yang hampir sama dengan yang lain. Pertumbuhan berlaku apabila tapak kekisi dua kekisi di rantau antara muka hampir dipadankan, yang mungkin dengan ketidakpadanan kekisi kecil (kurang daripada 0.1%). Padanan anggaran ini dicapai walaupun dengan ketegangan anjal pada antara muka, di mana setiap atom disesarkan sedikit daripada kedudukan asalnya dalam lapisan sempadan. Walaupun sejumlah kecil terikan boleh diterima untuk lapisan nipis dan juga wajar untuk laser telaga kuantum, tenaga terikan yang disimpan dalam hablur secara amnya diturunkan dengan pembentukan kehelan yang tidak sesuai, yang melibatkan barisan atom yang hilang dalam satu kekisi.

Rajah di atas menggambarkan skemakehelan tidak sesuai yang terbentuk semasa pertumbuhan epitaxial pada satah padu (100)., di mana kedua-dua semikonduktor mempunyai pemalar kekisi yang sedikit berbeza. Jika a ialah pemalar kekisi substrat dan a’ = a − Δa ialah lapisan yang semakin meningkat, maka jarak antara setiap baris atom yang hilang adalah lebih kurang:

L ≈ a²/Δa

Pada antara muka dua kekisi, barisan atom yang hilang wujud di sepanjang dua arah berserenjang. Jarak antara baris di sepanjang paksi kristal utama, seperti [100], lebih kurang diberikan oleh formula di atas.

Jenis kecacatan pada antara muka ini dipanggil kehelan. Oleh kerana ia timbul daripada ketidakpadanan kekisi (atau tidak sesuai), ia dipanggil kehelan salah, atau hanya kehelan.

Di sekitar kehelan yang tidak sesuai, kekisi tidak sempurna dengan banyak ikatan berjuntai, yang boleh membawa kepada penggabungan semula bukan sinaran elektron dan lubang. Oleh itu, untuk fabrikasi peranti optoelektronik berkualiti tinggi, lapisan bebas kehelan tidak sesuai diperlukan.

Penjanaan kehelan yang tidak sesuai bergantung pada ketidakpadanan kekisi dan ketebalan lapisan epitaxial yang tumbuh. Jika ketidakpadanan kekisi Δa/a berada dalam julat -5 × 10^-3 hingga 5 × 10^-3, maka tiada kehelan salah fit terbentuk dalam dua kali ganda InGaAsP-InP lapisan heterostruktur (tebal 0.4 µm) yang ditanam pada (100) InP.

Kejadian kehelan sebagai fungsi ketidakpadanan kekisi untuk ketebalan berbeza lapisan InGaAs yang ditanam pada 650°C pada (100) InP ditunjukkan dalam rajah di bawah.

Angka ini menggambarkanberlakunya kehelan yang tidak sesuai sebagai fungsi ketidakpadanan kekisi untuk ketebalan berbeza lapisan InGaAs yang ditanam oleh LPE pada (100) InP. Tiada kehelan yang tidak sesuai diperhatikan di rantau yang dibatasi oleh garis pepejal.

Seperti yang ditunjukkan dalam rajah di atas, garis pepejal mewakili sempadan di mana tiada kehelan diperhatikan. Untuk pertumbuhan lapisan InGaAs bebas kehelan tebal, ketidakpadanan kekisi suhu bilik yang boleh diterima didapati antara -6.5 × 10^-4 dan -9 × 10^-4 .

Ketakpadanan kekisi negatif ini timbul kerana perbezaan dalam pekali pengembangan haba InGaAs dan InP; lapisan padan sempurna pada suhu pertumbuhan 650°C akan mempunyai ketidakpadanan kekisi suhu bilik negatif.

Oleh kerana kehelan yang tidak sesuai terbentuk di sekitar suhu pertumbuhan, padanan kekisi pada suhu pertumbuhan adalah penting untuk pertumbuhan lapisan bebas kehelan.**