Recombination Activity of Misfit Dislocations in Silicon

Abstract

A study of misfit dislocations in Si using the techniques of electron beam induced current (EBIC) and cathodoluminescence (CL) is presented. The dislocation recombination properties are found to depend on contamination. Dislocations in clean, as grown samples without D-band luminescence have very low recombination activity, with an EBIC contrast c of about 0.3% at T = 80 K and without detectable contrast at 300 K. Ni contamination is shown to increase the dislocation contrast markedly and to lead to pronounced dark spots at 300 K. A negative c(T) slope is observed for dislocations, which is attributed to shallow centres. Another contrast mechanism acting at the dark spots is ascribed to charged Ni silicide particles. Dark CL dislocation contrast is observed at 5 K when using the substrate luminescence, caused by dislocation-related reduction of exciton density. CL and EBIC correlate in a semi-quantitative manner for all samples studied, suggesting that the same centres might be responsible for the CL and EBIC contrasts. Es werden Untersuchungen von Fehlanpassungsversetzungen in Silizium mittels elektronenstrahlinduziertem Strom (EBIC) und Kathodolumineszenz (CL) vorgestellt. Es erweist sich, daß die Rekombinationseigenschaften der Versetzungen vom Grad der Verunreinigung abhängen. Versetzungen in sauberen Proben ohne D-Band-Lumineszenz sind nur in sehr geringem Maße rekombinationsaktiv. Ihr EBIC-Kontrast c erreicht Werte von etwa 0,3% bei T = 80 K und ist bei 300 K nicht mehr nachweisbar. Verunreinigung durch Nickel führt zu einer deutlichen Erhöhung des Versetzungskontrastes und zu ausgeprägten, dunklen, punktartigen Kontrasten, die bereits bei 300 K zu beobachten sind. Für die Versetzungen wird ein negativer c(T)-Anstieg gefunden, der flachen Zentren zugeschrieben wird. Ein anderer Kontrastmechanismus, der am Ort der dunklen punktartigen Kontraste wirksam ist, wird auf geladene Nickelsilizid-Teilchen zurückgeführt. Dunkler CL-Kontrast an Versetzungen, der aus einer Reduzierung der Exzitonendichte resultiert, ist bei 5 K zu beobachten, wenn die Substratlumineszenz genutzt wird. Für alle untersuchten Proben stimmen CL- und EBIC-Ergebnisse halbquantitativ überein. Das gibt Anlaß zu der Vermutung, daß CL- und EBIC-Kontrast durch die gleichen Zentren hervorgerufen werden.