2 Versetzungen in kristallinen Halbleitern

Versetzungen in kristallinen Halbleitern 4
Von vollständigen Versetzungen spricht man, wenn die Kristallverschiebung um den
Burgersvektor einer translationssymmetrischen Operation entspricht, ist dies nicht der Fall,
handelt es sich um eine Partialversetzung.
Anschaulich kann eine allgemeine Versetzungsstruktur durch eine im Innern eines idealen
Kristalls liegende geschlossene Versetzungsschleife beschrieben werden (Abb. 2.1). Eine
solche Schleife kann durch Scherung innerhalb des Kristalls hervorgerufen werden. Dabei
werden die in der Gleitebene liegenden Bindungen des Idealkristalls aufgebrochen. Es erfolgt
eine Neukonfiguration der Bindungen nach Abgleitung des Kristallbereiches um den
Burgersvektor. Dabei entstehen antiparallele Stufen- und Schraubenversetzungssegmente als
vollständige Versetzungsschleife an der Grenzlinie des abgeglittenen Bereiches. Bei der reinen
Stufenversetzung stehen Linien- und Burgersvektor senkrecht zueinander, bei der Schraubenversetzung
sind sie parallel. Der Winkel zwischen beiden Vektoren gibt einer Versetzung
ihren spezifischen Namen.
T
T
Gleitebene, Bereich
umgeordneter Bindungen
“eingeschobene” Netzebenen
Burgersvektor
Schraubenversetzung
Stufenversetzung
horizontale Kristalllinie
vertikale Kristalllinie
Abb. 2.1 Modell einer Versetzungsschleife innerhalb eines idealen Kristallgitters Die im Innern der Schleife an
die Gleitebene angrenzenden Atome sind um einen halben Burgersvektor von ihrer Idealposition
entfernt. Entsprechend kommt es zur Verrückung des Kristallgittergereichs. Außerhalb der Versetzungsschleife
ist diese Deformation elastisch.
2.1.2 Optische und elektronische Eigenschaften von Versetzungen
Als Störungen der idealen, periodischen Kristallstruktur verursachen Versetzungen
Veränderungen im gitterperiodischen elektronischen Potential. Direkte Folge ist eine lokale
Änderung der mechanischen, elektrischen als auch der optischen Eigenschaften des Kristalls
im Bereich der Versetzungen. Ihre Präsenz im Kristall ist, aufgrund der Störung der
Gitterperiodizität, verantwortlich für die Existenz von elektronischen Zuständen in der
Energielücke (→ induzierte Gapzustände). Eine Unterscheidung gegenüber Punktdefekten
kann aufgrund der lokalen Wirkung der Versetzungen und ihrer Ausdehnung im Kristall
erfolgen. Mit Hilfe lokal auflösender Untersuchungen im Transmissionselektronenmikroskop
kann die Struktur von Versetzungskonfigurationen ermittelt werden.
Die induzierten Gapzustände von Versetzungen bedingen die Existenz zusätzlicher
Rekombinationskanäle (vgl. Kap 3.2). Diese stehen insbesondere bei optoelektronischen
Halbleitermaterialien in Konkurrenz zu erwünschten Rekombinationsprozessen. Die Folge
bei optoelektronischen Bauelementen ist eine verminderte Lumineszenzausbeute des Kristalls.