दोष-मुक्त एपिटैक्सियल ग्रोथ और मिसफिट डिस्लोकेशन

दोष रहित एपिटैक्सियल वृद्धि तब होता है जब एक क्रिस्टल जाली में दूसरे क्रिस्टल जाली के लगभग समान जाली स्थिरांक होते हैं. विकास तब होता है जब इंटरफ़ेस क्षेत्र में दो जाली के जाली स्थल लगभग मेल खाते हैं, जो एक छोटे जाली बेमेल (0.1% से कम) के साथ संभव है। यह अनुमानित मिलान इंटरफ़ेस पर लोचदार तनाव के साथ भी प्राप्त किया जाता है, जहां प्रत्येक परमाणु सीमा परत में अपनी मूल स्थिति से थोड़ा विस्थापित होता है। जबकि पतली परतों के लिए तनाव की एक छोटी मात्रा सहनीय होती है और क्वांटम वेल लेज़रों के लिए भी वांछनीय है, क्रिस्टल में संग्रहीत तनाव ऊर्जा आम तौर पर मिसफिट अव्यवस्थाओं के गठन से कम हो जाती है, जिसमें एक जाली में परमाणुओं की एक लापता पंक्ति शामिल होती है।

ऊपर दिया गया चित्र एक योजनाबद्ध तरीके को दर्शाता हैक्यूबिक (100) तल पर एपिटैक्सियल वृद्धि के दौरान गठित एक अनुपयुक्त अव्यवस्था, जहां दो अर्धचालकों में थोड़ा अलग जाली स्थिरांक होता है। यदि a सब्सट्रेट का जाली स्थिरांक है और a' = a - Δa बढ़ती परत का है, तो परमाणुओं की प्रत्येक गायब पंक्ति के बीच का अंतर लगभग है:

एल ≈ ए²/Δa

दो जालकों के इंटरफ़ेस पर, परमाणुओं की लुप्त पंक्तियाँ दो लंबवत दिशाओं में मौजूद होती हैं। मुख्य क्रिस्टल अक्षों के साथ पंक्तियों के बीच का अंतर, जैसे कि [100], लगभग उपरोक्त सूत्र द्वारा दिया गया है।

इंटरफ़ेस पर इस प्रकार के दोष को अव्यवस्था कहा जाता है। चूँकि यह जाली बेमेल (या मिसफिट) से उत्पन्न होता है, इसे मिसफिट अव्यवस्था, या बस एक अव्यवस्था कहा जाता है।

मिसफिट अव्यवस्थाओं के आसपास, जाली कई लटकते बंधनों के साथ अपूर्ण है, जिससे इलेक्ट्रॉनों और छिद्रों का गैर-विकिरणीय पुनर्संयोजन हो सकता है। इसलिए, उच्च गुणवत्ता वाले ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक उपकरण निर्माण के लिए, मिसफिट अव्यवस्था मुक्त परतों की आवश्यकता होती है।

मिसफिट अव्यवस्थाओं की उत्पत्ति जाली बेमेल और विकसित एपिटैक्सियल परत की मोटाई पर निर्भर करती है। यदि जाली बेमेल Δa/a -5 × 10^-3 से 5 × 10^-3 की सीमा में है, तो InGaAsP-InP डबल में कोई मिसफिट अव्यवस्था नहीं बनती है हेटरोस्ट्रक्चर परतें (0.4 µm मोटी) (100) InP पर उगाई गईं।

(100) InP पर 650°C पर विकसित InGaAs परतों की विभिन्न मोटाई के लिए जाली बेमेल के एक कार्य के रूप में अव्यवस्था की घटना को नीचे दिए गए चित्र में दिखाया गया है।

यह चित्र दर्शाता है(100) InP पर LPE द्वारा विकसित InGaAs परतों की विभिन्न मोटाई के लिए जाली बेमेल के एक समारोह के रूप में मिसफिट अव्यवस्था की घटना. ठोस रेखाओं से घिरे क्षेत्र में कोई अनुपयुक्त अव्यवस्था नहीं देखी गई है।

जैसा कि ऊपर चित्र में दिखाया गया है, ठोस रेखा उस सीमा का प्रतिनिधित्व करती है जहां कोई अव्यवस्था नहीं देखी गई। मोटी अव्यवस्था-मुक्त InGaAs परतों की वृद्धि के लिए, सहनीय कमरे के तापमान का जाली बेमेल -6.5 × 10^-4 और -9 × 10^-4 के बीच पाया जाता है। .

यह नकारात्मक जाली बेमेल InGaAs और InP के थर्मल विस्तार गुणांक में अंतर के कारण उत्पन्न होता है; 650 डिग्री सेल्सियस के विकास तापमान पर एक पूरी तरह से मेल खाने वाली परत में एक नकारात्मक कमरे-तापमान जाली बेमेल होगा।

चूंकि अनुपयुक्त अव्यवस्थाएं विकास तापमान के आसपास बनती हैं, इसलिए विकास तापमान पर जाली का मिलान अव्यवस्था-मुक्त परतों की वृद्धि के लिए महत्वपूर्ण है।**