Misorientation and tetragonal distortion in heteroepitaxial vapor-Grown III–V structures

Abstract

Heteroepitaxial deposits of III–V vapor phase epitaxy (VPE) alloys on (001) substrates have been found to exhibit distortions such that: 1. the epitaxial layers are not parallel to the substrate but are inclined to it by as much as 2°, and 2. the epitaxial lattice is tetragonally distorted normal to the substrate with c/a ratios as high as 1.003. These effects habe been observed in non-graded (abrupt) and in compositionally graded (both step and continuous) layers of InxGa1−xP, GaAsxP1−x, and InxGa1−xAs on GaAs and GaP substrates and vary with the amount of lattice mismatch. Misorientation is shown to be a general phenomena in VPE growth associated with relieved lattice mismatch (regardless of the grading technique employed), whereas tetragonal distortion is felt to be a manifestation of the Poisson effect normal to the substrate associated with unrelived lattice mismatch and is shown to be dependent on grading technique. Possible device effects are also discussed. Es wurde gefunden, daß durch Dampfphasenepitaxie abgeschiedene heteroepitaxiale III–V-Legierungen auf (001)-Substraten Verzerrungen in folgender Weise zeigen: 1. Die epitaxialen Schichten liegen nicht parallel zum Substrat, sondern sind zu ihm um etwa 2° geneigt, 2. Das Gitter der Epitaxieschicht ist normal zum Substrat tetragonal verzerrt mit c/a-Verhältnissen bei 1,003. Diese Effekte wurden sowohl in nicht-graduierten (abrupten) als auch in verbindungsmäßig graduierten (stufenweise oder kontinuierlich) Schichten von InxGa1−xP, GaAsxP1−x und InxGa1−xAs auf GaAs- und GaP-Substraten beobachtet und verändern sich mit dem Betrag der Gitter-Fehlanpassung. Es wird gezeigt, daß Fehlorientierung allgemein bei Dampfphasenepitaxie auftritt und mit „abgebauter”︁ (z. B. durch Versetzungen) Gitter-Fehlanpassung verbunden ist (unabhängig von der benutzten Gradationstechnik), während tetragonale Verzerrung ein Ausdruck des Poisson-Effektes normal zum Substrat zu sein scheint, mit „nicht-abgebauter”︁ Gitter-Fehlanpassung verbunden und abhängig von der Gradationstechnik ist. Mögliche Effekte in Halbleiterbauelementen werden auch diskutiert.