2 Versetzungen in kristallinen Halbleitern

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Versetzungen in kristallinen Halbleitern 14 Der Abbau der lokalen Verspannung erfolgt durch Generation mehrerer Versetzungsschleifen. Daraus resultiert eine Aufreihung von Durchstoßversetzungen zu „Versetzungszweigen“ bzw. „Versetzungsbändern“. Es ergibt sich eine 6-armige Versetzungsrosette mit dreizählige Symmetrie, wobei jeder der sechs Rosettenarme aus je zwei Zweigen mit unterschiedlich polaren 60°-Versetzungen besteht. [10> 1 Tetraedergleitung Tangentialgleitung Abb. 2.10 Deformierte Bereiche (→ Gleitprismenanordnung) eines Kristalls nach Indentierung der (111)-Oberfläche. In den oberflächenparallelen Gleitebenen werden Versetzungshalbschleifen mit den polaren 60°-Versetzungssegmenten je eines Typs gebildet. Ist die Polarität einer gegebenen {111}- Probenoberfläche bekannt, so kann folglich direkt auf den polaren Charakter der oberflächenparallelen Versetzungshalbschleifen geschlossen werden. Für die (111)A-Oberfläche sind dies A(g)-Versetzungen, entsprechend sind es B(g)-Versetzungen für die (111)B-Oberfläche. Dies ist für die folgenden Betrachtungen eine entscheidende Schlussfolgerung. (1 11)[01 1] Viertelschleifen prismatische Versetzungsschleifen ( 111)[01 1] (111)[01 1] Halbschleifen A-Thompsontetraederflächen B-Thompsontetraederflächen A(g)-Versetzung B(g)-Versetzung Schraubenversetzung Abb. 2.11 In den Gleitebenen der Tangentialgleitprismen auftretende Versetzungen. Man erkennt die polaren 60°- Durchstoßversetzungen in den geneigt liegenden Ebenen sowie oberflächenparallele Versetzungshalbschleifen mit polaren 60°-Versetzungsanteilen. Diese sind für eine gegebene Oberflächenpolarität immer von der gleichen Art. Die obere Versetzungslinie stellt einen Teil einer prismatischen Schleife dar. Hier sind alle Schraubenanteile annihiliert. Die Schleife liegt in allen 3 Gleitebenen. Die sich ausbildenden Versetzungshalbschleifen bestehen jeweils aus einem unipolaren 60°- Segment und den nachgezogenen antiparallelen Schraubensegmenten. Bewegen sich die Schraubenanteile ebenfalls nach außen, so kann es zu deren Annihilation mit Schrauben-
Versetzungen in kristallinen Halbleitern 15 segmenten der anderen Gleitebenen kommen. Das Ergebnis sind prismatische Versetzungsschleifen aus den unterschiedlich polaren 60°-Versetzungen, die in den korrespondierenden Gleitebenen liegen. Die durch Mikrodeformation erzeugte Versetzungsstruktur ist im Rahmen dieser Arbeit mittels REM-KL Mikroskopie detailliert untersucht worden (Kapitel 5). Mit der KL-Mode wird die Defektstruktur in einem oberflächennahen Probenbereich abgebildet. Defektanordnungen in größerer Tiefe konnten durch eine kontrollierte Abtragsätze zugänglich gemacht werden. [ 101> [01 1> [110> a) b) c) Abb. 2.12 Schema der Versetzungsanordnung in der (111)-Oberfläche für die Tangential- und Volumengleitung nach lokaler Mikrodeformation. In (a) ist die sechsarmige Versetzungsrosette in der Oberfläche skizziert; jeder Arm besteht hier aus 2 Zweigen mit verschieden polaren 60°-Versetzungen. In bestimmter Tiefe unter der Oberfläche werden oberflächenparallele Schleifen aus B(g)-Versetzungen erwartet (b), Reste aus Durchstoßsegmenten und Schraubenanteile sind ebenfalls vorhanden. In größerer Tiefe ergibt sich die dreizählige Versetzungsanordnung der Volumengleitung (c). Für die (111)-Oberfläche gelten analoge Konfigurationen mit vertauschter Polarität der 60°-Versetzungsanteile. Hellgrau dargestellt sind die B(g)-Versetzungen, dunkelgrau die A(g)-Versetzungen, Schraubenanteile sind schwarz. Punkte entsprechen Durchstoßversetzungen, Linien sind oberflächenparallele Segmente. Abb. 2.12 zeigt die aus den Vorhersagen des Gleitprismenmodells zu erwartende Versetzungsanordnung in der Oberfläche bzw. im oberflächennahen Bereich geringer Tiefenlage sowie im Volumen. Es kann klar zwischen tangentialer (a,b) und tetraedrischer Gleitung (c) unterschieden werden. Experimentelle Ergebnisse zur Tiefenabhängigkeit werden in Kapitel 5.1 behandelt. Analog zur {111}-Oberfläche können gleiche Betrachtungen zur Versetzungskonfiguration nach Mikroindentierung für beliebige andere Oberflächenorientierungen durchgeführt werden. Durch Einbeschreiben der jeweiligen Kristalloberfläche in das allgemeine Modell in Abb. 2.8 erhält man die gesuchte Gleitprismenanordnung im oberflächennahen und Volumenbereich. Entsprechende Betrachtungen werden nachfolgend für die (110)- und (001)-Oberfläche durchgeführt. 2.3.3 Versetzungsanordnung nach Mikrodeformation der (110)-Oberfläche Die Anwendung des vorliegenden Modells auf die (110)-Oberfläche sagt eine Defektkonfiguration entsprechend Abb. 2.13 voraus. Charakteristisch ist hier die Tatsache, dass es nur eine oberflächenparallele -Richtung gibt, die [110]-Richtung. Dagegen existieren fünf Volumengleitprismen, ein flächennormales Prisma in [110]-Richtung und vier Prismen, die alle in einem recht kleinen Winkel von 30° zur Oberfläche in die Tiefe gehen. Bei der ( 111 )
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