النمو الفوقي الخالي من العيوب والخلع غير المناسب

نمو فوقي خالي من العيوب يحدث عندما تحتوي إحدى الشبكات البلورية على ثوابت شبكية متطابقة تقريبًا مع شبكة أخرى. يحدث النمو عندما تكون مواقع الشبكة في الشبكتين في منطقة الواجهة متطابقة تقريبًا، وهو أمر ممكن مع عدم تطابق صغير في الشبكة (أقل من 0.1%). يتم تحقيق هذا التطابق التقريبي حتى مع الضغط المرن عند السطح البيني، حيث يتم إزاحة كل ذرة قليلاً من موضعها الأصلي في الطبقة الحدودية. في حين أن كمية صغيرة من الانفعال يمكن تحملها للطبقات الرقيقة وحتى مرغوبة في ليزر الآبار الكمومية، فإن طاقة الانفعال المخزنة في البلورة تنخفض عمومًا عن طريق تكوين خلع غير ملائم، والذي يتضمن صفًا مفقودًا من الذرات في شبكة واحدة.

يوضح الشكل أعلاه مخططًا تخطيطيًا لـخلع غير ملائم يتكون أثناء النمو الفوقي على المستوى المكعب (100).، حيث يكون لأشباه الموصلات ثوابت شعرية مختلفة قليلاً. إذا كان a هو ثابت الشبكة للركيزة وa' = a - Δa هو ثابت الطبقة المتنامية، فإن التباعد بين كل صف مفقود من الذرات يكون تقريبًا:

L ≈ أ²/Δa

عند واجهة الشبكتين، توجد صفوف الذرات المفقودة على طول اتجاهين متعامدين. التباعد بين الصفوف على طول المحاور البلورية الرئيسية، مثل [100]، يُعطى تقريبًا بواسطة الصيغة أعلاه.

ويسمى هذا النوع من الخلل في الواجهة بالخلع. نظرًا لأنه ينشأ من عدم تطابق الشبكة (أو عدم التوافق)، فإنه يُسمى خلعًا غير ملائم، أو ببساطة خلعًا.

في محيط الاضطرابات غير الملائمة، تكون الشبكة غير كاملة مع العديد من الروابط المتدلية، مما قد يؤدي إلى إعادة التركيب غير الإشعاعي للإلكترونات والثقوب. ولذلك، لتصنيع الأجهزة الإلكترونية الضوئية عالية الجودة، هناك حاجة إلى طبقات خالية من الخلع غير ملائمة.

يعتمد توليد الاضطرابات غير الملائمة على عدم تطابق الشبكة وسمك الطبقة الفوقي المزروعة. إذا كان عدم تطابق الشبكة Δa/a في النطاق من -5 × 10^-3 إلى 5 × 10^-3، فلن يتم تشكيل أي خلع غير ملائم في InGaAsP-InP المزدوج طبقات ذات بنية متغايرة (سمكها 0.4 ميكرون) نمت على (100) InP.

يظهر الشكل أدناه حدوث الاضطرابات كدالة لعدم تطابق الشبكة لسمك مختلف لطبقات InGaAs المزروعة عند 650 درجة مئوية على (100) InP.

ويوضح هذا الرقمحدوث خلع غير مناسب كدالة لعدم تطابق الشبكة لسمك مختلف لطبقات InGaAs التي تنمو بواسطة LPE على (100) InP. لم يتم ملاحظة أي خلع غير مناسب في المنطقة التي تحدها خطوط صلبة.

كما هو موضح في الشكل أعلاه، يمثل الخط الصلب الحد الذي لم تتم ملاحظة أي اضطرابات فيه. بالنسبة لنمو طبقات InGaAs السميكة الخالية من الخلع، وجد أن عدم تطابق الشبكة المسموح به في درجة حرارة الغرفة يتراوح بين -6.5 × 10^-4 و -9 × 10^-4 .

ينشأ عدم تطابق الشبكة السلبي هذا بسبب الاختلاف في معاملات التمدد الحراري لـ InGaAs وInP؛ الطبقة المتطابقة تمامًا عند درجة حرارة النمو البالغة 650 درجة مئوية سيكون لها عدم تطابق شبكي سلبي مع درجة حرارة الغرفة.

وبما أن الاضطرابات غير الملائمة تتشكل حول درجة حرارة النمو، فإن مطابقة الشبكة عند درجة حرارة النمو أمر مهم لنمو الطبقات الخالية من الخلع.**