晶格失配对半导体的外延生长的影响 .pdfVIP

如果一种晶格与另一种晶格的晶格常数几乎相同，就会发生无缺陷外延生长。

在晶格失配较小（小于0.1%）的情况下，两种晶格界面区域的晶格位点会近似

匹配，从而发生生长。

如果在界面上存在弹性应变，即每个原子在边界层都会从其原始位置发生轻微位

移，那么这种近似匹配就有可能发生。

虽然对于薄层来说，少量应变是可以容忍的，甚至对于量子阱激光器来说也是有

益的，但一般来说，晶体中存储的应变能会因为错配位错（其中一个晶格中缺少

一排原子）的形成而降低。

上图为立方晶格(100)平面外延生长过程中形成的错位示意图。两种半导

体的晶格常数略有不同。

如果a是基底的晶格常数，而a‘=a−∆a为生长层的晶格常数，则每排缺失原

子之间的间隔近似为

2

L≈a/∆a

在两个晶格的界面上，缺失原子列沿两个垂直方向存在。沿主晶轴（如100）的

各排之间的间距近似于上述公式。

界面上的这种缺陷称为位错；由于它产生于晶格错配（或错位），因此称为错位。

在错配位错附近，晶格是不完美的，含有许多悬空键，会导致电子和空穴的非辐

射重组。因此，要制造高质量的电子光学器件，就需要无错配位错层。

失配位错的产生取决于晶格失配和生长的外延层的厚度。如果晶格失配∆a/a在-5

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×10至5×10的范围内，则在（100）InP上生长的InGaAsP-InP双异质结构

层（0.4μm厚）中不会形成失配位错。

在650℃下生长在(100)InP上的不同厚度InGaAs层的错位发生与晶格失配的

函数关系如下图所示。

这个图表示对于在（100）InP上通过LPE生长的InGaAs的不同层厚度，作为晶

格失配的函数的失配位错的发生。在以实线为界的区域中没有观察到错配位错。

如下图所示，实线代表未观察到错位的边界。对于厚的无错位的InGaAs层的生

-4-4

长，发现其可容忍的室温晶格失配介于-6.5×10和-9×10之间。

产生这种负晶格失配的原因是InGaAs和InP的热膨胀系数不同，在650的生

长温度下，完全匹配的层会产生负室温晶格失配。

由于错配位错是在生长温度附近形成的，因此生长温度下的晶格匹配对于产生无

位错层非常重要。