లోపం లేని ఎపిటాక్సియల్ గ్రోత్ మరియు మిస్‌ఫిట్ డిస్‌లోకేషన్స్

లోపం లేని ఎపిటాక్సియల్ పెరుగుదల ఒక క్రిస్టల్ లాటిస్ మరొకదానికి దాదాపు ఒకేలాంటి లాటిస్ స్థిరాంకాలు ఉన్నప్పుడు సంభవిస్తుంది. ఇంటర్‌ఫేస్ ప్రాంతంలోని రెండు లాటిస్‌ల యొక్క లాటిస్ సైట్‌లు సుమారుగా సరిపోలినప్పుడు వృద్ధి జరుగుతుంది, ఇది చిన్న లాటిస్ అసమతుల్యతతో (0.1% కంటే తక్కువ) సాధ్యమవుతుంది. ఈ ఉజ్జాయింపు సరిపోలిక ఇంటర్‌ఫేస్‌లో సాగే స్ట్రెయిన్‌తో కూడా సాధించబడుతుంది, ఇక్కడ ప్రతి అణువు సరిహద్దు పొరలో దాని అసలు స్థానం నుండి కొద్దిగా స్థానభ్రంశం చెందుతుంది. తక్కువ మొత్తంలో స్ట్రెయిన్ సన్నని పొరలకు సహించదగినది మరియు క్వాంటం వెల్ లేజర్‌లకు కూడా కావాల్సినది అయితే, క్రిస్టల్‌లో నిల్వ చేయబడిన స్ట్రెయిన్ ఎనర్జీ సాధారణంగా మిస్‌ఫిట్ డిస్‌లోకేషన్‌ల ఏర్పాటు ద్వారా తగ్గించబడుతుంది, ఇందులో ఒక లాటిస్‌లో తప్పిపోయిన వరుస అణువులు ఉంటాయి.

పై బొమ్మ ఒక స్కీమాటిక్‌ని వివరిస్తుందిక్యూబిక్ (100) విమానంలో ఎపిటాక్సియల్ గ్రోత్ సమయంలో ఏర్పడిన మిస్‌ఫిట్ డిస్‌లోకేషన్, ఇక్కడ రెండు సెమీకండక్టర్లు కొద్దిగా భిన్నమైన లాటిస్ స్థిరాంకాలను కలిగి ఉంటాయి. a అనేది సబ్‌స్ట్రేట్ యొక్క జాలక స్థిరాంకం మరియు a' = a - Δa అనేది పెరుగుతున్న పొర అయితే, అప్పుడు తప్పిపోయిన ప్రతి అణువుల మధ్య అంతరం సుమారుగా ఉంటుంది:

L ≈ a²/Δa

రెండు లాటిస్‌ల ఇంటర్‌ఫేస్‌లో, తప్పిపోయిన అణువుల వరుసలు రెండు లంబ దిశల వెంట ఉన్నాయి. [100] వంటి ప్రధాన స్ఫటిక అక్షాలతో పాటు వరుసల మధ్య అంతరం సుమారుగా పై సూత్రం ద్వారా ఇవ్వబడుతుంది.

ఇంటర్‌ఫేస్‌లో ఈ రకమైన లోపాన్ని డిస్‌లోకేషన్ అంటారు. ఇది లాటిస్ అసమతుల్యత (లేదా మిస్‌ఫిట్) నుండి ఉద్భవిస్తుంది కాబట్టి, దీనిని మిస్‌ఫిట్ డిస్‌లోకేషన్ లేదా కేవలం డిస్‌లోకేషన్ అంటారు.

మిస్‌ఫిట్ డిస్‌లోకేషన్‌ల సమీపంలో, లాటిస్ అనేక డాంగ్లింగ్ బాండ్‌లతో అసంపూర్ణంగా ఉంటుంది, ఇది ఎలక్ట్రాన్లు మరియు రంధ్రాల యొక్క రేడియేటివ్ కాని రీకాంబినేషన్‌కు దారితీస్తుంది. అందువల్ల, అధిక-నాణ్యత ఆప్టోఎలక్ట్రానిక్ పరికర తయారీకి, మిస్‌ఫిట్ డిస్‌లోకేషన్-ఫ్రీ లేయర్‌లు అవసరం.

మిస్‌ఫిట్ డిస్‌లోకేషన్‌ల తరం లాటిస్ అసమతుల్యత మరియు పెరిగిన ఎపిటాక్సియల్ పొర యొక్క మందంపై ఆధారపడి ఉంటుంది. లాటిస్ అసమతుల్యత Δa/a -5 × 10^-3 నుండి 5 × 10^-3 పరిధిలో ఉంటే, InGaAsP-InP డబుల్‌లో తప్పుగా సరిపోని డిస్‌లోకేషన్‌లు ఏర్పడవు హెటెరోస్ట్రక్చర్ లేయర్‌లు (0.4 µm మందం) (100) InP పై పెంచబడ్డాయి.

(100) InPలో 650°C వద్ద పెరిగిన InGaAs పొరల యొక్క వివిధ మందాలకు లాటిస్ అసమతుల్యత యొక్క విధిగా డిస్‌లోకేషన్‌ల సంభవం క్రింది చిత్రంలో చూపబడింది.

ఈ బొమ్మ వివరిస్తుంది(100) InPపై LPE ద్వారా పెరిగిన InGaAs లేయర్‌ల యొక్క వివిధ మందాల కోసం లాటిస్ అసమతుల్యత యొక్క విధిగా మిస్‌ఫిట్ డిస్‌లోకేషన్‌లు సంభవించడం. ఘన పంక్తులతో సరిహద్దులుగా ఉన్న ప్రాంతంలో ఎటువంటి తప్పుగా ఉండే తొలగుటలు గమనించబడవు.

పై చిత్రంలో చూపిన విధంగా, ఘన రేఖ ఎటువంటి తొలగుటలను గమనించని సరిహద్దును సూచిస్తుంది. మందపాటి డిస్‌లోకేషన్ లేని InGaAs లేయర్‌ల పెరుగుదల కోసం, సహించదగిన గది-ఉష్ణోగ్రత లాటిస్ అసమతుల్యత -6.5 × 10^-4 మరియు -9 × 10^-4 మధ్య ఉన్నట్లు కనుగొనబడింది. .

InGaAs మరియు InP యొక్క థర్మల్ ఎక్స్‌పాన్షన్ కోఎఫీషియంట్స్‌లో వ్యత్యాసం కారణంగా ఈ ప్రతికూల లాటిస్ అసమతుల్యత ఏర్పడుతుంది; 650°C పెరుగుదల ఉష్ణోగ్రత వద్ద ఖచ్చితంగా సరిపోలిన పొర ప్రతికూల గది-ఉష్ణోగ్రత లాటిస్ అసమతుల్యతను కలిగి ఉంటుంది.

గ్రోత్ టెంపరేచర్ చుట్టూ మిస్‌ఫిట్ డిస్‌లోకేషన్‌లు ఏర్పడతాయి కాబట్టి, డిస్‌లోకేషన్-ఫ్రీ లేయర్‌ల పెరుగుదలకు పెరుగుదల ఉష్ణోగ్రత వద్ద లాటిస్ మ్యాచింగ్ ముఖ్యం.**