应变异质结

在一种材料衬底上外延另一种晶格常数不匹配的材料时，只要两种材料的晶格常数相差不是太大，外延层的厚度不超过某个临界值时，仍可获得晶格匹配的异质结构。但生长的外延层发生了弹性形变，在平行于结面方向产生张应变或压缩应变，使其晶格常数改变为衬底的晶格常数相匹配，同时在与结平面垂直的方向也产生相应应变，这种异质结称为应变异质结。

概述组成半导体异质结的两种材料的晶格失配时，在界面处会产生位错缺陷，对异质结器件的性能有不利影响。

在一种材料衬底上外延另一种晶格常数不匹配的材料时，只要两种材料的晶格常数相差不是太大，外延层的厚度不超过某个临界值时，仍可获得晶格匹配的异质结构。但生长的外延层发生了弹性形变，在平行于结面方向产生张应变或压缩应变，使其晶格常数改变为衬底的晶格常数相匹配，同时在与结平面垂直的方向也产生相应应变，这种异质结称为应变异质结。当外延层的厚度超过临界厚度时，则外延层的应变消失，恢复原来的晶格常数，称为弛豫。

应变异质结的生长及弛豫过程图（a）中表示下面衬底的晶格常数小于上面将外延材料的晶格常数；图（b）表示外延生长后形成的应变异质结，外延层横向发生压缩应变使晶格常数与衬底匹配，同时在纵向伸长发生张应变；图（c）表示弛豫后的异质结构，在界面处因晶格不匹配而产生缺陷。在应变异质结中，由于发生应变，同时伴有应力存在，这种应力称为内应力。从图（b）中可以看到应变异质结界面晶格是匹配的，不存在因晶格不匹配而产生 的界面缺陷，因此可以很好地应用与器件制作1。

赝晶生长应变异质结的无界面失配应变层的生长模式称为赝晶生长。这种赝晶生长模式不能稳定地无限生长材料，因为随应变层厚度的增加，伴随应变的弹性能量不断积累到一定程度时，应变能量将通过在界面附近产生位错缺陷而释放出来，应变层转变为应变完全弛豫的无应变层，因此，赝晶生长存在一个临界厚度hc。实验证明赝晶生长的临界厚度随生长温度的升高而减小，随赝晶组分的不同而改变。

本词条内容贡献者为:

韩拯 - 研究员 - 中国科学院金属研究所