2 Versetzungen in kristallinen Halbleitern

Versetzungen in kristallinen Halbleitern 8
Durch das Auftreten der 60° A(g)- und B(g)-Segmente in binären Halbleitern mit Zinkblendestruktur
besitzt die Versetzungsschleife bipolaren Charakter, der sich durch die spezielle
Richtung des Burgersvektors der Versetzungsschleifenstruktur beschreiben lässt. Die
Erklärung der polaren Kernstruktur auf der Grundlage der Struktur im Zinkblendegitter
ergibt sich aus den nachfolgenden Betrachtungen.
Ein idealer Zinkblendekristall kann durch eine Stapelung von {111} A- und B-
Atomebenen entsprechend der Abfolge ...-Ab-Bc-Ca-Ab-Bc... gebildet werden (Abb. 2.4).
Dabei werden die „dichtesten“ Stapelungen Ab, Bc und Ca als {111}-Doppelebenen
bezeichnet. Gestrichelt umrandet sind in Abb. 2.4 zwei Teile einer (111)-Doppelebene, die
{111}-„Halbebenen“ im Zinkblendegitter veranschaulichen. Durch Einschub einer solchen
Halbebene, die entlang [011] in der {111}-Gleitebene endet, ergibt sich eine 60°-Versetzung.
Es existieren, wie in Abb. 2.4 dargestellt ist, vier verschiedene Möglichkeiten der Versetzungsbildung
(Abb. 2.5, [haa57, hol62]). Diese unterscheiden sich durch ihre verschiedenartigen
Kernstrukturen, welche sich aus der Kantenbesetzung der eingeschobenen {111}-Extrahalbebenen
ableiten lassen. Die Unterscheidung der Besetzung mit A- oder B-Atom führt auf die
Polarität der Versetzungen [ale79].
[111>
< 111]
( 111)
( 111)
A b
B
C
A
B
c
b
c
a
glide-set
shuffle-set
Abb. 2.4 Stapelfolge von {111}-Ebenen mit Kennzeichnung der Lage der Gleitebenen im shuffle-set und glideset.
Ebenfalls bezeichnet sind die dichtest gepackten waagerechten Atomschichten nach ihrer Lage
zueinander. Es ergibt sich eine Stapelfolge ...-Ab-Bc-Ca-Ab-Bc-... usw.. Die Atomlagen C und a
ergeben zusammen eine „Doppelebene“. Gestrichelt umrandet sind {111}-Halbebenen. Durch ihr
Entfernen bzw. zusätzliches Einfügen als Extrahalbebenen (Gedankenexperiment) erfolgt die Bildung
perfekter 60°-Versetzung mit entgegengesetzter A- und B-Typ Kernstruktur.
Die Verhältnisse in Abb. 2.4 verdeutlichen, dass in Abhängigkeit von der Festlegung der
angenommenen {111}-Gleitebene in der sogenannten „glide-set“ oder „shuffle-set“ Position
[geo87] und der Einfügung der {111}-Extrahalbebenen A- als auch B-Typ Kernstrukturen
auftreten. Beim Übergang zwischen der glide-set und shuffle-set Position der Gleitebenen
wechselt die Kernstruktur ihren Charakter. Eine zusätzliche Modifikation der Kernstruktur
ergibt sich bei der Dissoziation der vollständigen 60°- und Schraubenversetzungssegmente.
Aufgrund des polaren Charakters der 60°-Versetzungen im Zinkblendegitter sind Unterschiede
in ihren elektronischen und dynamischen Eigenschaften zu erwarten [abr72].