晶格常数、应变和临界厚度

外延是激光芯片、LED芯片以及其他化合物芯片的关键，没有好的外延，后续的努力都很被动。而如何长出高质量的外延，生产常用的MOCVD设备，这是一种化合物在衬底表面成膜的工艺设备，其中牵涉有机化学、络合反应等等，其中选用和外延晶格匹配的衬底很是关键。就需要讨论晶格常数，常见的外延都是和衬底的晶格常数相当才能长出缺陷少的外延。

晶格常数是半导体单元的基本尺寸。

薄膜和它所在衬底材料之间的晶格常数不匹配，会引起材料中的应变。就像一个弹簧，当它被压缩或拉伸时，产生应变并会施加力，以便返回其希望的尺寸，材料沉积在不同晶格常数材料上也会受到应变。应变层不能无限生长，当生长得太厚时，原子键将被破坏(正如弹会弹回到其正常尺寸)，此时会形成位错或者失去原子键。应变层可以生长而又不导致位错的最大厚度，称为临界厚度，它依赖于材料中的晶格失配程度。当生长这些用于激光器的薄层时，应变应力和临界厚度是非常重要的，因为低缺陷密度对于良好的激光性能是非常必要的基础。

对于发光器件，它们必须由近乎完美的晶体组成。缺陷，如缺失原子或多余原子，会形成复合中心，使载流子复合产生热而不是光。这些位错(缺失或多余的原子)对激光器而言是致命的。它们充当了非辐射复合位中心，与辐射复合竞争，从而消耗载流子。

从一些已经应变的薄层开始，当生长50或100层原子之后，跨过动力学势垒进入位错模式，在开始出现位错时的厚度叫临界厚度。

例如5.67埃的InGaAs层生长在晶格常数为5.65埃的GaAs衬底上，会产生0.35%的应变压，同时临界厚度为80nm。

应变是累计的，在GaAs上可以交替生长GaAs和InGaAs层，允许的InGaAs层总厚度800埃，也有应用应变补偿的可以成对的生长压应变层和张应变层。达到净效果为零的应变，就可以生长很厚了。

下面是一个外延的实例

外延的稳定性也很关键，因为MOCVD设备有很多气阀，特别是一些掺杂用的管路，很容易流量不稳，或者气阀堵塞等异常，甚至不同时期长的外延层质量都不同，国内长的好的外延厂现在也有很多了。