Numéro
Rev. Phys. Appl. (Paris)
Volume 9, Numéro 2, mars 1974
Page(s) 361 - 371
DOI https://doi.org/10.1051/rphysap:0197400902036100
Rev. Phys. Appl. (Paris) 9, 361-371 (1974)
DOI: 10.1051/rphysap:0197400902036100

Observation des défauts dans les semiconducteurs par microscopie à balayage en cathodoluminescence

C. Schiller et D. Bois

Laboratoire d'Electronique et de Physique Appliquée, 3, avenue Descartes, 94450 Limeil Brévannes, France


Abstract
It has been previously shown that the visualisation of defects such as dislocations and precipitates in compound semiconductors was possible in a scanning electron microscope. We will study here conditions of image formation from the point of view of resolution and depth involved as well as the nature of inhomogeneities creating an image contrast. We show that two cases have to be considered related to the doping level of materials and to the injection range. The influence of minority carriers diffusion, surface recombination and self absorption has also been considered. We describe examples of observations on dislocations and precipitates in doped monocrystalline GaAs, bulk and epitaxial, and in pseudobinary compounds. By an increase of the injection rate, similar defects are observed in low doped and semi insulating materials. We also study the variations of cathodoluminescence intensities of n +/n on n+ substrates. Analysis of results emphasizes the influence of defects diffusion around dislocations in doped materials with similar effects of non radiative centers accumulation in pure materials. In the same way, diffusion effects of copper and propagation of non radiative defects appear in the vicinity of interfaces substrate/epitaxial layer.


Résumé
Il a précédemment été montré que le microscope électronique à balayage permettait la visualisation de défauts tels que dislocations et précipitations dans les semiconducteurs composés à grand gap. Nous étudierons ici les conditions de formation de ces images du point de vue de la résolution et de la profondeur concernée ainsi que de la nature des inhomogénéités pouvant conduire à un contraste d'image. On montre que deux cas doivent être considérés suivant le dopage du matériau et le taux d'injection. L'influence de la diffusion des porteurs minoritaires, des recombinaisons en surface et de l'auto-absorption est également envisagée. On décrit des exemples d'observation des dislocations et des précipités dans les monocristaux de GaAs dopés, massifs ou épitaxiques, et dans des composés pseudo-binaires. En faisant varier le taux d'injection, ces mêmes défauts peuvent être observés dans les matériaux peu dopés ou semiisolants. On étudiera également la variation de l'intensité de cathodoluminescence des couches n+/n sur substrat n+. L'analyse de ces résultats fait ressortir l'influence de la diffusion des défauts autour des dislocations dans les matériaux dopés, ainsi que des phénomènes semblables d'accumulation de centres non radiatifs dans le cas des matériaux purs. De même, des effets de diffusion du cuivre et de propagation de défauts non radiatifs apparaissent au voisinage des interfaces substrat/épitaxie.

PACS
0780 - Electron and ion microscopes and techniques.
6170 - Defects in crystals.
7860H - Cathodoluminescence, ionoluminescence condensed matter.
2390 - Electron and ion microscopes.

Key words
cathodoluminescence -- electron microscope examination of materials -- electron hole recombination -- gallium arsenide -- III V semiconductors -- minority carriers -- precipitation -- image formation -- resolution -- depth -- injection range -- minority carriers diffusion -- surface recombination -- self absorption -- dislocations -- precipitates -- GaAs -- cathodoluminescence intensities -- low doped -- semi insulating -- defects diffusion around dislocations -- monocrystals -- epitaxial layers -- scanning electron microscopy -- semiconductor defects -- image contrast -- doping level