Crecimiento epitaxial sin defectos y dislocaciones inadaptadas

Crecimiento epitaxial sin defectos Ocurre cuando una red cristalina tiene constantes de red casi idénticas a las de otra.. El crecimiento ocurre cuando los sitios de la red de las dos redes en la región de interfaz coinciden aproximadamente, lo cual es posible con una pequeña discrepancia en la red (menos del 0,1%). Esta coincidencia aproximada se logra incluso con tensión elástica en la interfaz, donde cada átomo está ligeramente desplazado de su posición original en la capa límite. Si bien una pequeña cantidad de deformación es tolerable para capas delgadas e incluso deseable para láseres de pozos cuánticos, la energía de deformación almacenada en el cristal generalmente se reduce mediante la formación de dislocaciones desadaptadas, que implican la falta de una fila de átomos en una red.

La figura anterior ilustra un esquema deuna dislocación inadaptada formada durante el crecimiento epitaxial en un plano cúbico (100), donde los dos semiconductores tienen constantes de red ligeramente diferentes. Si a es la constante de red del sustrato y a’ = a − Δa es la de la capa en crecimiento, entonces el espacio entre cada fila de átomos faltante es aproximadamente:

L ≈ a²/Δa

En la interfaz de las dos redes, las filas de átomos que faltan existen a lo largo de dos direcciones perpendiculares. El espacio entre filas a lo largo de los ejes principales del cristal, como [100], viene dado aproximadamente por la fórmula anterior.

Este tipo de defecto en la interfaz se denomina dislocación. Dado que surge de un desajuste (o desajuste) de la red, se denomina dislocación de desajuste o simplemente dislocación.

En las proximidades de dislocaciones inadaptadas, la red es imperfecta con muchos enlaces colgantes, lo que puede conducir a una recombinación no radiativa de electrones y huecos. Por lo tanto, para la fabricación de dispositivos optoelectrónicos de alta calidad, se requieren capas libres de dislocaciones mal ajustadas.

La generación de dislocaciones desadaptadas depende del desajuste de la red y del espesor de la capa epitaxial crecida. Si el desajuste de la red Δa/a está en el rango de -5 × 10^-3 a 5 × 10^-3, entonces no se forman dislocaciones de desajuste en el doble InGaAsP-InP. capas de heteroestructura (0,4 µm de espesor) cultivadas en (100) InP.

En la siguiente figura se muestra la aparición de dislocaciones en función del desajuste de la red para diferentes espesores de capas de InGaAs cultivadas a 650 °C en (100) InP.

Esta figura ilustrala aparición de dislocaciones de desajuste en función del desajuste de la red para diferentes espesores de capas de InGaAs cultivadas por LPE en (100) InP. No se observan dislocaciones desadaptadas en la región delimitada por líneas continuas.

Como se muestra en la figura anterior, la línea continua representa el límite donde no se observaron dislocaciones. Para el crecimiento de capas gruesas de InGaAs libres de dislocaciones, se encuentra que el desajuste tolerable de la red a temperatura ambiente está entre -6,5 × 10^-4 y -9 × 10^-4 .

Este desajuste de red negativo surge debido a la diferencia en los coeficientes de expansión térmica de InGaAs e InP; una capa perfectamente adaptada a una temperatura de crecimiento de 650 °C tendrá una discrepancia negativa en la red a temperatura ambiente.

Dado que las dislocaciones desadaptadas se forman alrededor de la temperatura de crecimiento, la coincidencia de la red a la temperatura de crecimiento es importante para el crecimiento de capas libres de dislocaciones.**