결함 없는 에피택셜 성장 및 부적합 전위

무결함 에피택셜 성장 한 결정 격자가 다른 결정 격자와 거의 동일한 격자 상수를 가질 때 발생합니다.. 성장은 인터페이스 영역에서 두 격자의 격자 위치가 대략적으로 일치할 때 발생하며, 이는 작은 격자 불일치(0.1% 미만)로 가능합니다. 이러한 대략적인 일치는 각 원자가 경계층의 원래 위치에서 약간 변위되는 경계면의 탄성 변형을 사용해도 달성됩니다. 얇은 층의 경우 소량의 변형이 허용되고 양자 우물 레이저의 경우에도 바람직하지만 결정에 저장된 변형 에너지는 일반적으로 하나의 격자에서 원자 행이 누락되는 부적합 전위의 형성으로 인해 낮아집니다.

위 그림은 개략도를 보여줍니다.입방체(100) 평면에서 에피택셜 성장 중에 형성된 부적합 전위, 여기서 두 반도체는 격자 상수가 약간 다릅니다. a가 기판의 격자 상수이고 a' = a − Δa가 성장층의 격자 상수인 경우 누락된 각 원자 행 사이의 간격은 대략 다음과 같습니다.

L ≒ a²/Δa

두 격자의 경계면에는 누락된 원자 행이 두 개의 수직 방향을 따라 존재합니다. [100]과 같은 주요 결정 축을 따른 행 사이의 간격은 대략 위의 공식에 의해 제공됩니다.

인터페이스의 이러한 유형의 결함을 전위라고 합니다. 이는 격자 불일치(또는 부적합)로 인해 발생하므로 부적합 전위 또는 간단히 전위라고 합니다.

부적합 전위 근처에서 격자는 많은 댕글링 본드(dangling bond)로 인해 불완전하며, 이는 전자와 정공의 비방사 재결합으로 이어질 수 있습니다. 따라서 고품질 광전자 장치 제조를 위해서는 부적합 전위 없는 층이 필요합니다.

부적합 전위의 생성은 격자 불일치와 성장된 에피택셜 층의 두께에 따라 달라집니다. 격자 불일치 Δa/a가 -5 × 10^-3 ~ 5 × 10^-3 범위에 있으면 InGaAsP-InP double에서 부적합 전위가 형성되지 않습니다. (100) InP 위에 성장된 이종 구조 층(두께 0.4μm).

(100) InP에서 650°C에서 성장한 InGaAs 층의 다양한 두께에 대한 격자 불일치의 함수로서 전위의 발생이 아래 그림에 표시되어 있습니다.

이 그림은(100) InP에서 LPE로 성장한 InGaAs 층의 다양한 두께에 대한 격자 불일치의 함수로서 부적합 전위의 발생. 실선으로 둘러싸인 영역에서는 부적합 전위가 관찰되지 않습니다.

위 그림에서 볼 수 있듯이 실선은 전위가 관찰되지 않은 경계를 나타냅니다. 전위가 없는 두꺼운 InGaAs 층의 성장에 대해 허용 가능한 실온 격자 불일치는 -6.5 × 10^-4 및 -9 × 10^-4 사이인 것으로 밝혀졌습니다. .

이러한 음의 격자 불일치는 InGaAs와 InP의 열팽창 계수 차이로 인해 발생합니다. 650°C의 성장 온도에서 완벽하게 정합된 층은 음의 실온 격자 불일치를 갖게 됩니다.

부적합 전위는 성장 온도 주변에서 형성되기 때문에 성장 온도에서의 격자 매칭은 전위가 없는 층의 성장에 중요합니다.**