การเจริญเติบโตของเยื่อบุผิวโดยปราศจากข้อบกพร่องและการเคลื่อนตัวที่ไม่เหมาะสม

การเจริญเติบโตของเยื่อบุผิวที่ปราศจากข้อบกพร่อง เกิดขึ้นเมื่อโครงผลึกอันหนึ่งมีค่าคงที่ของโครงตาข่ายเกือบจะเหมือนกันกับอีกอันหนึ่ง- การเจริญเติบโตเกิดขึ้นเมื่อไซต์ขัดแตะของขัดแตะทั้งสองที่บริเวณส่วนต่อประสานใกล้เคียงกันโดยประมาณ ซึ่งเป็นไปได้ด้วยความไม่ตรงกันเล็กน้อย (น้อยกว่า 0.1%) การจับคู่โดยประมาณนี้สามารถทำได้แม้จะมีความเครียดแบบยืดหยุ่นที่ส่วนต่อประสาน โดยที่แต่ละอะตอมถูกแทนที่เล็กน้อยจากตำแหน่งเดิมในชั้นขอบเขต ในขณะที่ความเครียดจำนวนเล็กน้อยสามารถทนต่อชั้นบาง ๆ และแม้แต่ที่ต้องการสำหรับเลเซอร์ควอนตัมหลุม พลังงานความเครียดที่เก็บไว้ในคริสตัลโดยทั่วไปจะลดลงโดยการก่อตัวของการเคลื่อนที่ที่ไม่เหมาะสม ซึ่งเกี่ยวข้องกับแถวอะตอมที่หายไปในตาข่ายเดียว

รูปด้านบนแสดงแผนผังของความคลาดเคลื่อนที่ไม่เหมาะสมเกิดขึ้นระหว่างการเติบโตของ epitaxis บนระนาบลูกบาศก์ (100)โดยที่เซมิคอนดักเตอร์ทั้งสองมีค่าคงตัวของแลตทิซที่แตกต่างกันเล็กน้อย ถ้า a คือค่าคงที่แลตทิซของซับสเตรต และ a' = a − Δa คือค่าคงที่ของชั้นที่กำลังเติบโต ดังนั้นระยะห่างระหว่างแถวอะตอมที่ขาดหายไปแต่ละแถวจะอยู่ที่ประมาณ:

L ➤ ก²/Δa

ที่ส่วนต่อประสานของโครงตาข่ายทั้งสอง แถวของอะตอมที่ขาดหายไปนั้นมีอยู่ตามทิศทางตั้งฉากสองทิศทาง ระยะห่างระหว่างแถวตามแกนคริสตัลหลัก เช่น [100] จะได้รับโดยประมาณจากสูตรข้างต้น

ข้อบกพร่องประเภทนี้ที่อินเทอร์เฟซเรียกว่าความคลาดเคลื่อน เนื่องจากมันเกิดขึ้นจากความไม่ตรงกันของขัดแตะ (หรือไม่เหมาะสม) จึงเรียกว่าความคลาดเคลื่อนที่ไม่เหมาะสมหรือเพียงแค่ความคลาดเคลื่อน

ในบริเวณใกล้เคียงกับความคลาดเคลื่อนที่ไม่เหมาะสม โครงตาข่ายนั้นไม่สมบูรณ์ด้วยพันธะห้อยต่องแต่งจำนวนมาก ซึ่งสามารถนำไปสู่การรวมตัวของอิเล็กตรอนและรูที่ไม่มีการแผ่รังสี ดังนั้น ในการผลิตอุปกรณ์ออปโตอิเล็กทรอนิกส์คุณภาพสูง จึงจำเป็นต้องมีชั้นที่ปราศจากความคลาดเคลื่อนที่ไม่เหมาะสม

การสร้างความคลาดเคลื่อนที่ไม่เหมาะสมนั้นขึ้นอยู่กับความไม่ตรงกันของโครงตาข่ายและความหนาของชั้นเยื่อบุผิวที่โตขึ้น หากโครงตาข่ายไม่ตรงกัน Δa/a อยู่ในช่วง -5 × 10^-3 ถึง 5 × 10^-3 แสดงว่าไม่มีการเคลื่อนตำแหน่งที่ไม่เหมาะสมใน InGaAsP-InP double ชั้นโครงสร้างเฮเทอโร (ความหนา 0.4 µm) ที่เติบโตบน (100) InP

การเกิดขึ้นของการเคลื่อนที่เนื่องจากฟังก์ชันของแลตทิซที่ไม่ตรงกันสำหรับความหนาที่แตกต่างกันของชั้น InGaAs ที่เติบโตที่ 650°C บน (100) InP แสดงในรูปด้านล่าง

รูปนี้แสดงให้เห็นการเกิดขึ้นของความคลาดเคลื่อนที่ไม่เหมาะสมเนื่องจากฟังก์ชันของขัดแตะที่ไม่ตรงกันสำหรับความหนาต่าง ๆ ของชั้น InGaAs ที่ปลูกโดย LPE บน (100) InP- ไม่พบความคลาดเคลื่อนที่ไม่เหมาะสมในบริเวณที่ล้อมรอบด้วยเส้นทึบ

ดังแสดงในรูปด้านบน เส้นทึบแสดงถึงขอบเขตที่ไม่มีการเคลื่อนตัวใดๆ สำหรับการเติบโตของชั้น InGaAs ที่ปราศจากการเคลื่อนที่อย่างหนาแน่น พบว่าโครงตาข่ายที่อุณหภูมิห้องไม่ตรงกันที่ยอมรับได้จะอยู่ระหว่าง -6.5 × 10^-4 และ -9 × 10^-4 .

ความไม่ตรงกันของโครงข่ายเชิงลบนี้เกิดขึ้นเนื่องจากความแตกต่างในค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเนื่องจากความร้อนของ InGaAs และ InP ชั้นที่จับคู่กันอย่างสมบูรณ์แบบที่อุณหภูมิการเติบโต 650°C จะมีตาข่ายขัดแตะอุณหภูมิห้องเป็นลบ

เนื่องจากการเคลื่อนตัวที่ไม่เหมาะสมนั้นเกิดขึ้นรอบๆ อุณหภูมิการเติบโต การจับคู่ตาข่ายที่อุณหภูมิการเจริญเติบโตจึงมีความสำคัญต่อการเติบโตของชั้นที่ปราศจากการเคลื่อนที่-