Croissance épitaxiale sans défaut et luxations inadaptées

Croissance épitaxiale sans défaut se produit lorsqu'un réseau cristallin a des constantes de réseau presque identiques à celles d'un autre.. La croissance se produit lorsque les sites des deux réseaux au niveau de la région d'interface correspondent approximativement, ce qui est possible avec un petit décalage de réseau (moins de 0,1 %). Cette correspondance approximative est obtenue même avec une déformation élastique à l'interface, où chaque atome est légèrement déplacé par rapport à sa position d'origine dans la couche limite. Bien qu'une petite quantité de déformation soit tolérable pour les couches minces et même souhaitable pour les lasers à puits quantiques, l'énergie de déformation stockée dans le cristal est généralement réduite par la formation de dislocations inadaptées, qui impliquent une rangée d'atomes manquante dans un réseau.

La figure ci-dessus illustre un schéma deune luxation inadaptée formée lors d'une croissance épitaxiale sur un plan cubique (100), où les deux semi-conducteurs ont des constantes de réseau légèrement différentes. Si a est la constante de réseau du substrat et a’ = a − Δa est celle de la couche en croissance, alors l’espacement entre chaque rangée d’atomes manquante est d’environ :

L ≈ a²/Δa

A l’interface des deux réseaux, les rangées d’atomes manquantes existent selon deux directions perpendiculaires. L'espacement entre les rangées le long des axes cristallins principaux, tels que [100], est approximativement donné par la formule ci-dessus.

Ce type de défaut à l’interface est appelé luxation. Puisqu'elle résulte d'un décalage (ou d'un inadéquation) du réseau, on parle de luxation inadaptée, ou simplement de luxation.

Au voisinage des dislocations inadaptées, le réseau est imparfait et comporte de nombreuses liaisons pendantes, ce qui peut conduire à une recombinaison non radiative des électrons et des trous. Par conséquent, pour la fabrication de dispositifs optoélectroniques de haute qualité, des couches sans dislocation et inadaptées sont nécessaires.

La génération de dislocations inadaptées dépend du décalage du réseau et de l'épaisseur de la couche épitaxiale développée. Si le décalage de réseau Δa/a est compris entre -5 × 10^-3 et 5 × 10^-3, alors aucune luxation inadaptée n'est formée dans le double InGaAsP-InP. couches d'hétérostructure (0,4 µm d'épaisseur) cultivées sur (100) InP.

L'apparition de dislocations en fonction de l'inadéquation du réseau pour différentes épaisseurs de couches d'InGaAs cultivées à 650 ° C sur (100) InP est illustrée dans la figure ci-dessous.

Ce chiffre illustrel'apparition de dislocations inadaptées en fonction d'une inadéquation de réseau pour différentes épaisseurs de couches d'InGaAs cultivées par LPE sur (100) InP. Aucune luxation inadaptée n’est observée dans la région délimitée par des lignes pleines.

Comme le montre la figure ci-dessus, la ligne continue représente la limite où aucune dislocation n'a été observée. Pour la croissance de couches épaisses d'InGaAs sans dislocation, le décalage de réseau tolérable à température ambiante se situe entre -6,5 × 10^-4 et -9 × 10^-4 .

Ce décalage de réseau négatif est dû à la différence entre les coefficients de dilatation thermique de InGaAs et InP ; une couche parfaitement adaptée à la température de croissance de 650°C aura un décalage de réseau négatif à température ambiante.

Étant donné que les dislocations inadaptées se forment autour de la température de croissance, l’adaptation du réseau à la température de croissance est importante pour la croissance de couches sans dislocations.**