Rev. Phys. Appl. (Paris) 4, 345-351 (1969)
DOI: 10.1051/rphysap:0196900403034500

Méthodes physiques de détermination des imperfections dans les couches hétéroépitaxiques de silicium sur substrat alumine-α

J. Mercier

L.E.P.M., Section Physique des Couches Minces, Cedex 166, 38-Grenoble-Gare

Abstract
Physical investigations : X rays diffraction and surface topography, I.R. spectrometry, are used, as a complement of electrical methods, for studying the variations with epitaxial temperature of the properties of silicon on sapphire (Al2O 3-α) heteroepitaxial layers. An optimum quality is found for a small range of temperatures ; below structure defects, and above doping by impurities, are important and deleterious effects. We conclude that the choice of alumina as a substrate, made a long time ago is not a good one, due to the unavoidable P type autodoping and to the formation of Si-0 phases involved by its chemical nature, and which badly affect the layer's crystalline quality.

Résumé
Des méthodes purement physiques : diffraction aux R. X, topographie de surface aux R. X, spectrométrie I.R., sont utilisées en complément de méthodes électriques pour caractériser l'évolution des propriétés de couches hétéroépitaxiques de silicium sur substrat Al2O3-α avec la température d'épitaxie. Elles confirment l'optimisation de la qualité pour une certaine gamme de températures par une balance entre défauts de structure qui prédominent à basse température et d'impuretés qui interviennent à haute température. On en conclut que le choix historique de substrat alumine est doublement mauvais : par l'auto-dopage inévitable de type P qu'il introduit et, du fait de sa nature (oxyde), par la formation de phases (Si-0) préjudiciables à la qualité cristalline de la couche.

PACS
6835D - Composition, segregation; defects and impurities.
6110 - X-ray diffraction and scattering.

Key words
Heteroepitaxy -- XRD -- X-ray topography -- Crystal defects -- Investigation method -- Infrared spectra -- Contamination -- Substrates -- Alumina -- Silicon -- Experimental study