@’ Ò × ° ‚ Ç× D] K ¡ ” Ö «Y c l0 n É® Žz º V R ËX ê sc Ü R Silicon-on-Sapphire8 ý +

ò k

@’ Ò × ° ‚ Ç× D] K ¡ ” Ö «Y c l0 n É® Žz º V R ËX ê sc Ü R Silicon-on-Sapphire8 ý +

s

ÇX N ËV R Ë ] ‚ §V ê s ù p §  ü” X ¢ • ¤} º× D „ ÇÊ Ý

ƒ

‘

š¾ 6 Ò. > ^∗

1 l

x² D G @ /† < Ɠ § Ó ü t o † < Æõ , " fÖ  ¦ 100-715

­

£ ÷ 7 B† : ;

Ä

º$ 3 @ /† < Ɠ § ì ø ͕ ¸^ ‰õ † < Æõ , „  · ¡ ¤ ¢ - a Å Òç  H 565-701 (2004¸   7 Z 4 30{ 9  ~ à Î6 £ §)

/ å

L5 Å q\ P  o† < Æ7 £ x‚ à ÌZ O `  ¦ s 6   x # Œ (1102) ~ ½ ӆ ¾ Ó_    s # Q l ó ø Í 0 A\  z  ´o – B H \ x 8 £ x`  ¦ $ í  © œ % i  . z  ´ o

– B H \ x 8 £ x_    & ñ `  ¦ † ¾ Ó © œr v “ ¦ \ x 8 £ x_  ¿ ºa \  ¦ › ¸] X  l  0 AK " f à º™ è oü < \ P í ß – oZ O õ  ° ú  “ É r Ê ê

%

ƒo  / B N& ñ `  ¦ à º' Ÿ  % i  . DCRC (double crystal rocking curve)ü < TEM`  ¦ : Ÿ x K " f é ß –  & ñ z  ´o – B H \  x

8 £ x s  $ í  © œ÷ &% 3 6 £ §`  ¦ S X ‰ “   % i “ ¦, à º™ è oü < \ P í ß – oZ O `  ¦ : Ÿ x K " f $ í  © œ ) a z  ´o – B H \ x 8 £ x_    & ñ $ í † ¾ Ó

 ©

œõ    † < Ê_  y Œ ™™ è\  ¦ S X ‰ “   % i  . s  Qô  Ç Ê ê% ƒo  / B N& ñ \ " f \ P í ß – o / B N& ñ “ É r z  ´o – B H \ x 8 £ x_  ³ ð€     H

~

½ Ó\  e ”   H   † < Ê[ þ t`  ¦ ×  ¦ s   H % i ½ + É`  ¦ ô  Ç “ ¦ ó ø Íé ß –÷ &“ ¦, à º™ è oü < \ P í ß – o / B N& ñ s  # î ' Ÿ  ÷ &% 3 `  ¦ M :\   H z 

´o – B H \ x 8 £ x_  ³ ð€     † < Ês ü @\ • ¸   s # Q l ó ø Íõ  z  ´o – B H \ x 8 £ x  s _  > €  \  ” > r F    H misfit dislocation õ  twin defectõ  ° ú  “ É r      Ò& ñ ½ + ËÜ ¼– Ð “  ô  Ç   † < Ê[ þ t s  y Œ ™™ è   H X <  H % ò † ¾ Ó`  ¦ p • 2 ; . s 



Qô  Ç Ê ê% ƒo  / B N& ñ _  ½ ¨› ¸& h “     õ [ þ t – РÒ'  „  l & h Ü ¼– Ð DLTSZ O `  ¦ s 6   x # Œ   † < Ê[ þ t_   1 l x`  ¦ › ¸ 

% i   H X <, „  • ¸@ /  A \ " f y Œ •y Œ • 0.31 eV (D1)ü < 0.52 eV (D2)_  0 Au \  ¿ º> h_  „    à Ôê Á œs  ” > r F 

  H  כ `  ¦ S X ‰ “   % i Ü ¼ 9, y Œ •y Œ •   † < Ê  © œI _    H" é ¶`  ¦ › ¸  % i  .

PACS numbers: 61.72.-y, 61.82.Fk, 72.80.Ey, 81.65.-b Keywords: / å L5 Å q\ P  o† < Æ 7 £ x‚ à ÌZ O , à º™ è o, U  ·“ É rï  r0 A, z  ´o – B H

I. " e  ] Ø

z 

´o – B H“ É r t F K  t  | 9 & h  r– Ð\  e ” # Q" f ×  æ כ ¹ô  Ç % i ½ + É

`

 ¦ “ ¦ e ”   H ì ø ͕ ¸^ ‰ Ó ü t| 9 _  ž Ð@ /s  . t ë ß –, z  ´o 

–

B H“ É r Z  }“ É r „  • ¸$ í `  ¦ t “ ¦ e ” # Q ™ è ü < ™ è _  ì  r o 

 # Q 9Ä º 9, “ ¦“ : r \ " f ¾ º[ O „  À Ó ß ¼   H é ß –& h `  ¦  t

“ ¦ e ”  . s  Qô  Ç : £ ¤$ í `  ¦ K    l  0 AK    É r ì ø ͕ ¸

^

‰(heterostructure), ] X ƒ  ^ ‰ 0 A\  z  ´o – B H (SOI, Semicon- ductor and Insulator)`  ¦ $ í  © œ† < ÊÜ ¼– Ð+ ‹ z  ´o – B H_  é ß –& h `  ¦

˜

Ð ¢ - a½ + É Ã º e ” “ ¦, l ” > r_  z  ´o – B H ˜ Ð  Ä ºÃ ºô  Ç : £ ¤$ í `  ¦ | 9  Ã

º e ”  . : £ ¤ y , SOI\  ¦ l ì ø ÍÜ ¼– Ð “ ¦5 Å q ™ è , “ ¦Ø  ¦§ 4  ™ è , F 

g l 0 p x ™ è  1 p x ´ ú §“ É r 6 £ x6   x$ í `  ¦ t “ ¦ e ”   [1–3]. Õ ª ×  æ

\

" f• ¸ SOS (silicon on sapphire)  H SOI_  
_  ì  r  

–

Ð+ ‹ SOI\ " f ƒ  ½ ¨ “ ¦ e ”   H SiO

2

˜ Ð • ¸ \ P „  • ¸• ¸(0.46 Wcm

⁻¹

K

⁻¹

)  a % ~ “ ¦, Ä »„   © œÃ º (9.39 ε

o

)  ß ¼   H : £ ¤$ í

`

 ¦ t “ ¦ e ”   [4]. Õ ªo “ ¦, SOS  H „    r– Ð_  : £ ¤$ í \ " f

∗

E-mail: [email protected]

± ú

“ É r „  l 6   x| ¾ Ó ° ú כ`  ¦ t  9, ™ è  ] j Œ •r  ™ è ü < ™ è ç ß – _

 ] X ƒ  `  ¦ 0 AK   6   x   H latch up ½ ¨› ¸ Ô  ¦€ 9 כ ¹† < ÊÜ ¼– Ð +

‹ ™ è _  | 9 & h • ¸\  ¦ † ¾ Ó © œ r ~  ´ à º e ”  . ¢ ¸ô  Ç, submicron

™

è _  ¨ î €  ß ¼l \ " f à ºf ” & h Ü ¼– Ð ™ è \  ¦ ½ ¨$ í ½ + É Ã º e ” 

#

Q ˜ Ð  · û ª>  ~ à Ì} Œ • o ½ + É Ã º e ”  . Õ ªo “ ¦, È Ò" î ô  Ç   s 

#

Q l ó ø ͓ É r s  © œ& h “   ¨ î ó ø Í ³ ðr  ™ è 
 F  g: Ÿ x’   ™ è \ • ¸ s

6   x| ¨ c à º e ”  . ¢ ¸ô  Ç,   s # Q l ó ø Ís  ° ú   H È Ò" î $ í _  :

£

¤$ í `  ¦ s 6   x K  “ ¦ì  r K 0 p x È Ò + þ A Ó  o& ñ n Û ¼e  ¦ Y Us  ™ è 
 F 

g: Ÿ x’   ™ è \ • ¸ s 6   x| ¨ c à º e ”   [5].

Õ

ª Q
,   s # Q l ó ø Í0 A\  é ß –  & ñ z  ´o – B H_  $ í  © œ“ É r

 H     © œÃ º_  s ü < $ í  © œ Ê ê Í ‰ ty Œ •õ & ñ \ " f \ P Ø Ÿ ‚ ½ Ó>  Ã

º_  s \  _ K  micro-twin, dislocation1 p x õ  ° ú  “ É r ´ ú §“ É r

 

& ñ   † < Ê[ þ t – Ð “  K  ½ ¨› ¸& h Ü ¼– Ð, „  l & h Ü ¼– Ð ë  H ] j& h [ þ t s  µ

1 ÏÒ q tô  Ç  [6–8]. z  ´o – B H“ É r face-centered cubic (FCC) ½ ¨

›

¸s “ ¦, ì ø ̀     s # Q  H rhombohedal ½ ¨› ¸\  ¦ t Ù ¼– Ð

¿

º Ó ü t| 9 ç ß –_      © œÃ º_  s  (Si : 5.430 ˚ A, Al

2

O

3

: 4.75/5.20 ˚ A)  µ 1 ÏÒ q tô  Ç . s ˜ Ð   8  H " é ¶ “  Ü ¼– Ѝ  H \ P  Ø Ÿ

‚ ½ Ó> à º_  s  (Si : 3.8 × 10

^{−8 ◦}

C

⁻¹

, Al2O3 : 9.2 ×

-264-

10

^{−8 ◦}

C

⁻¹

) – Ð $ í  © œ Ê ê Í ‰ ty Œ •õ & ñ \ " f z  ´o – B H ³ ð€  \  · ú š

»

¡

¤   + þ A§ 4 `  ¦ Å Ò>   ) a   [9,10].   s # Q l ó ø Í 0 A_  é ß –  

&

ñ z  ´o – B H“ É r Manasevit \  _ K  % ƒ6 £ § Ü ¼– Ð 1960¸   ×  æì ø Í\ 

˜

Г ¦÷ &# Q& ’   [11]. $ í  © œ ) a Si“ É r š ¸Z þ t± ú ˜õ  ° ú  “ É r (100)_ 

~

½ ӆ ¾ Ó`  ¦ ”     & ñ $ í s      (100), (110), (111)õ  ° ú  “ É r cubic ½ ¨› ¸ü < q 5 p wô  Ç   & ñ ½ ¨› ¸\  ¦ & ’  . Õ ªo “ ¦, œ íl _  SOS  H   s # Q l ó ø Í`  ¦ c-plane“   (0001) ~ ½ ӆ ¾ Ó`  ¦  6   x 

#

Œ (111)~ ½ ӆ ¾ Ó_  z  ´o – B H`  ¦ $ í  © œ % i  . t ë ß –, 1980¸  @ /

\

 ü <" f   s # Q l ó ø Í`  ¦r-plane (1102)“    _  Cubic ½ ¨

›

¸\  ¦  6   x # Œ z  ´o – B H (100)`  ¦ % 3 `  ¦ à º e ”  . t ë ß –,   

s # Q l ó ø Íõ  z  ´o – B H \ x 8 £ x  s _  > €  \ " f      Ò

&

ñ ½ + Ë\  _ ô  Ç dislocation, twin defect 1 p x õ  ° ú  “ É r   † < Ê[ þ t s  µ

1 ÏÒ q t # Œ ½ ¨› ¸& h Ü ¼– Ð, „  l & h Ü ¼– Ð ë  H ] j& h [ þ t s  µ 1 ÏÒ q tô  Ç  [12,13].

‘

: r ƒ  ½ ¨\ " f  H / å L5 Å q\ P  o† < Æ7 £ x‚ à ÌZ O  (rapid thermal chemical vapor deposition)`  ¦ s 6   x # Œ   s # Q l ó ø Í 0 A\  é ß –  & ñ z  ´o – B H`  ¦ $ í  © œ % i Ü ¼ 9, $ í  © œ ) a z  ´o – B H \  x

8 £ x_    & ñ $ í `  ¦ † ¾ Ó © œr v l  0 Aô  Ç ~ ½ ÓZ O õ  Õ ª : £ ¤$ í \  @ / K

" f ~ à Ì} Œ •_  ½ ¨› ¸ü < F  g† < Æ& h , „  l & h  : £ ¤$ í `  ¦ › ¸  % i  .

II. ÷ m Ç ] M ö

/ å

L5 Å q\ P  o† < Æ7 £ x‚ à ÌZ O `  ¦ s 6   x # Œ (1102)~ ½ ӆ ¾ Ó_    s # Q l

ó ø Í0 A\  é ß –  & ñ z  ´o – B H \ x 8 £ x`  ¦ $ í  © œ l  0 AK " f   

s # Q l ó ø Í`  ¦ [ j' ‘ ô  Ç Ê ê, z  ´o – B H \ x 8 £ x`  ¦ $ í  © œ % i  .

\

x  $ í  © œ“ É r 900

^◦

C \ " f 0.1 ∼ 10 Torr\ " f % i Ü ¼ 9, s  X O

>  $ í  © œ ) a SOS r « э  H Ï þ ›á Ô \ P ~ ½ Ód ” `  ¦ s 6   x # Œ 300

◦

C \ " f 1r ç ß – 1 l xî ß – à º™ è o\  ¦ à º' Ÿ  % i  . à º™ è o Ê ê, „   l

– Ð\  ¦ s 6   x # Œ 1000

^◦

C \ " f í ß –™ è ì  r0 Al \ " f \ P í ß – o Z O

`  ¦ s 6   x # Œ í ß – o} Œ •`  ¦ + þ A$ í % i   [14,15]. s X O >  + þ A

$ í

 ) a í ß – o} Œ •`  ¦ ] j  l 0 AK  10 %_  HF6   xÓ  o`  ¦ s 6   x 

%

i  . s ü < ° ú  s  à º™ è oü < \ P í ß – oZ O õ  ° ú  “ É r Ê ê% ƒo  / B N& ñ

`

 ¦ à º' Ÿ ô  Ç s Ä »  H à º™ è o\  ¦ : Ÿ x K    s # Q l ó ø Íõ  z  ´o 

–

B H \ x 8 £ x õ _  > €  \  % ò † ¾ Ó`  ¦ Šғ ¦, \ P í ß – oZ O `  ¦ s 6   x K  z 

´o – B H_  ¿ ºa \  ¦ › ¸] X † < Êõ  1 l x r \  í ß – o} Œ • + þ A$ í õ & ñ ×  æ gettering ´ òõ \  _ ô  Ç > €  \  ” > r F    H Ô  ¦í  HÓ ü t õ    † < Ê [

þ

t`  ¦ y Œ ™™ èr & Šҍ  H ´ òõ \  ¦ % 3 l  0 A† < Ês   [16–18]. ¢ ¸ô  Ç, s

  H z  ´o – B H ³ ð€    } 9 l “   rms (root mean square)° ú כ`  ¦

×

 ¦ # ŒÅ ҍ  H ´ òõ \  ¦ Å Òl  M :ë  H s  .

$ í

 © œ ) a SOS r « э  H TEM, SEM õ  AFM`  ¦ s 6   x # Œ

³

ð€   x 9  é ß –€  `  ¦ › ' a¹ 1 Ï % i “ ¦, r « Ñ_    & ñ $ í `  ¦ S X ‰ “   l  0 AK  DCRC (double crystal rocking curve)ü <  ë ß – ì  r F 

gZ O `  ¦ s 6   x # Œ ì  r$ 3  % i  . ¢ ¸ô  Ç, Ê ê% ƒo  / B N& ñ „  õ  Ê

ê\  SOS r « Ñ_    † < Ê  © œI \  ¦ · ú ˜ ˜ Ðl  0 AK " f DLTS

(deep level transient spectroscopy)Z O `  ¦ s 6   x # Œ z  ´o 

–

B H \ x 8 £ x ? /\ " f_  U  ·“ É r ï  r0 A\  @ /K " f › ¸  % i  .

DLTS  © œu _  Å Òכ ¹ ½ ¨$ í “ É r 8 £ ¤& ñ  © œu , ] j# Q © œu  x 9  $ 

“

: r © œu – Ð
¾ º# Q”   . 8 £ ¤& ñ  © œu _  Å Òכ ¹Â Òì  r“ É r „  l 6   x| ¾ Ó

>

(Boonton72B), interface (A/D, D/A converter)ü < “ : r • ¸

›

¸] X l , oscilloscope– Ð s À Ò# Q4 R e ” Ü ¼ 9, 8 £ ¤& ñ  © œu   H r 

«

Ñ_  & ñ „  6   x| ¾ Ó    o\  _ ô  Ç „  l 6   x| ¾ Ó> _  Ø  ¦§ 4 ’    ñ x 9 

“

: r • ¸   o\  ¦ { 9 # Q [ þ t“   . ] j# Q © œu   H DLTS 8 £ ¤& ñ `  ¦ ] j# Q

 9 y Œ •y Œ •\ " f % 3 “ É r data\  ¦ ˜ Ð › ' a, ì  r$ 3 , % ƒo    H ( Ž É Ó' 

–

Ð s À Ò# Q4 R e ”  . ` O Û ¼µ 1 ÏÒ q t © œu   H D/A converter\  ¦ s  6

 

x # Œ á Ԗ ÐÕ ªÏ þ ›\  _ K  # Œ Q t   + þ A_  ` O Û ¼\  ¦ r « Ñ

\

 “  ½ + É Ã º e ” Ü ¼ 9 A/D converter\ " f  H „  l 6   x| ¾ Ó>  _

 Ø  ¦§ 4 ’    ñ\  ¦ ~ à Î [ þ t“   .

III. + s ÇÊ Ý õ m Í w Š²  o

SEM`  ¦ : Ÿ x K  $ í  © œ› ¸| \    " f   s # Q l ó ø Í(1102) 0 A\  $ í  © œ ) a y Œ •y Œ •_  z  ´o – B H \ x 8 £ x_  ³ ð€  — ¸_ þ v[ þ t`  ¦ Fig.

1 \ 
 ? /% 3  . $ í  © œ“ : r • ¸ ± ú “ É r  â Ä º\   H SiH

4

_   Ö ¸

$ í

 o \  -t  ± ú      & ñ ¢ ¸  H q & ñ | 9  + þ AI – Ð $ í  © œ÷ &

Ù

¼– Ð \ x 8 £ x“ É r 900

^◦

C s  © œ_  “ : r • ¸\ " f $ í  © œ % i  . $ í



© œ œ íl \   H   s # Q l ó ø Íõ  z  ´o – B H \ x 8 £ x õ _   H   



  Ò& ñ ½ + Ë M :ë  H \  Fig. 1(a) ∼ (d)\ " f ˜ Ѝ  H  ü < ° ú  s  cubic ½ ¨› ¸_  z  ´o – B H island  + þ A$ í H † d`  ¦ S X ‰ “  ½ + É Ã º e ” % 3 



. island– Ð $ í  © œ ) a z  ´o – B H \ x 8 £ x“ É r island ü < island

"

f– Ð mergings  ÷ &€  " f Fig. 1(h)\ " f ˜ Ѝ  H  ü < ° ú  s   

´ n

qó ø ͗ ¸€ ª œ_  crosshatch pattern`  ¦ s À ҍ  H  כ `  ¦ › ' a8 £ ¤½ + É Ã º e ”

% 3  .

Fig. 1 \ " f_  SEM_  ³ ð€   — ¸_ þ v`  ¦ : Ÿ x K " f SOS r « Ñ _

 $ í  © œ mechanism`  ¦ Fig.2 \  • ¸r  % i  . Fig. 1(a) ∼ (d) \ " fü < ° ú  s  14.2 %/4.8 %_   H      Ò& ñ ½ + ËÜ ¼– Ð “  K 

Fig. 1. SEM images for (a) ∼ (h) growth condition of

SOS samples.

Fig. 2. Schematic diagram for growth mechanism, (a) first step, (b) second step, (c) third step (d) fourth step.

$ í

 © œœ íl \   H z  ´o – B H island – Ð $ í  © œ÷ & , $ í  © œ ×  æ l \ 



 H Fig. 1(e), (f) \ " fü < ° ú  s  y Œ •y Œ •_  island " f– Ð merg- ing s  ÷ &# Q z  ´o – B H_  ³ ð€  s  † < Ê]  t ) a  Òì  r s  + þ A$ í ÷ &€  

"

f ¨ î ò ø ͕ ¸ Ô  ¦ ½ ©g Ë :& h s €  " f, $ í  © œ ´ ú ˜l \   H crosshatch pattern õ  ° ú  s  strain\  _ ô  Ç misfit dislocationõ  twin defect \  _ K  + þ A$ í ÷ &  H  כ `  ¦ é ß –€   TEM (Fig. 5(a))`  ¦ :

Ÿ

x K " f S X ‰ “   % i  .   " f   s # Q l ó ø Íõ  z  ´o – B H \  x

8 £ x õ _   H      Ò& ñ ½ + ËÜ ¼– Ð “  ô  Ç > €  \ " f_    † < Ê`  ¦

×

 ¦ s “ ¦, z  ´o – B H \ x 8 £ x ³ ð€  _  ¨ î ò ø ͕ ¸ü <   & ñ $ í `  ¦ † ¾ Ó © œ r

v l  0 Aô  Ç Ê ê% ƒo  / B N& ñ s  € 9 כ ¹ >  ÷ &% 3  . Ê ê% ƒo  / B N

&

ñ “ É r à º™ è oü < \ P í ß – oZ O `  ¦ s 6   x “ ¦, í ß – o/ B N& ñ \  _ K 

"

f + þ A$ í  ) a SiO

2

\  ¦ ] j    H \ g A (etching) õ & ñ `  ¦ : Ÿ x K 

"

f ¨ î ò ø ͕ ¸ü <   & ñ $ í `  ¦ > h‚   l  0 Aô  Ç 3 l q& h `  ¦ t “ ¦ e ” 



.

Fig. 3(a)“ É r Ê ê% ƒo  / B N& ñ „  õ  Ê ê_    & ñ $ í `  ¦ S X ‰ “    l

 0 AK " f z  ´o – B H \ x 8 £ x_  (004)€  _  DCRC\  ¦ 8 £ ¤& ñ ô  Ç

 

õ s  . DCRC\ " f  H peak_  Ä »·Á º\  ¦ : Ÿ x K  $ í  © œ ) a z  ´ o

– B H \ x 8 £ x_  ì ø Í; Ÿ ¤ u  (FWHM)\  ¦ : Ÿ x # Œ SOS r « Ñ\ 

"

f Ò q tl   H compressive strain_  & ñ • ¸\  ¦ · ú ˜ à º e ” Ü ¼ 9,   

s # Q l ó ø Íõ  z  ´o – B H \ x 8 £ x  s _  > €  \ " f lattice mismatch (12.5 %, 4.2 %) \  _ ô  Ç   † < Ê& ñ • ¸• ¸ S X ‰ “  ½ + É Ã º e ”

  [16]. Fig.\ " f ˜ Ð1 p w s    s # Q l ó ø Í0 A\  $ í  © œ ) a z  ´ o

– B H \ x 8 £ x“ É r é ß –  & ñ Ü ¼– Ð $ í  © œ÷ &% 3 6 £ §`  ¦ S X ‰ “  ½ + É Ã º e ”  Ü

¼ 9, s M : Û ¼& 7 ˜à Ô! 3 _  ì ø Í; Ÿ ¤ u   H €  • 706 arcsec “  X < s 



 H bulk z  ´o – B H`  ¦ 8 £ ¤& ñ ô  Ç   õ \  q K   © œ{ © œy   H ì ø Í; Ÿ ¤ u  s

 9, s   H   s # Q l ó ø Íõ  $ í  © œ ) a z  ´o – B H \ x 8 £ x_    



  Ò& ñ ½ + Ës  s \  @ /K  \ x 8 £ x   & ñ $ í \   H % ò † ¾ Ó`  ¦ Å Ò

%

3 6 £ §`  ¦ _ p ô  Ç .

Fig. 3(b)  H 8 £ ¤& ñ  ) a DCRC   õ – РÒ'  ì ø Í; Ÿ ¤ u \  ¦ & ñ o  ô 

Ç Fig.s  . s    õ \  ¦ : Ÿ x K " f Ê ê% ƒo  / B N& ñ „  _  ì ø Í; Ÿ ¤ u 

 €  • 706 arcsec % i t ë ß –, à º™ è o Ê ê\   H €  • 998 arcsec 

Fig. 3. (a) DCRC spectra (b) FWHM of the LO-phonon mode before and after hydrogenation treatment and ox- idation processes.

Fig. 4. Raman spectra before and after hydrogenation treatment and oxidation processes.

t

 7 £ x  % i  . 7 £ ¤, ì ø Í; Ÿ ¤ u _  7 £ x   H z  ´o – B H \ x 8 £ x_    

&

ñ $ í s  a % ~ t  · ú §   H  כ `  ¦ ˜ Ð# Œï  r  . t ë ß –, à º™ è o Ê ê

\

 \ P í ß – oZ O `  ¦ : Ÿ x K " f Ê ê% ƒo  / B N& ñ s  \ O   H SOS r « ј Ð



 ì ø Í; Ÿ ¤ u  €  • 20 arcsec & ñ • ¸ ×  ¦ # Q[ þ t€  " f z  ´o – B H \  x

8 £ x_    & ñ $ í s  † ¾ Ó © œ÷ &  H  כ `  ¦ S X ‰ “  ½ + É Ã º e ” % 3  .

Ê

ê% ƒo  / B N& ñ „  õ  Ê ê_  r « Ñ\ " f z  ´o – B H \ x 8 £ x ³ ð

€ 

\  ” > r F    H · ú š» ¡ ¤   + þ A§ 4 `  ¦ S X ‰ “   l  0 AK " f Ra- man ì  rF  gZ O `  ¦ s 6   x  9, Fig. 4\ 
 ? /% 3  . z  ´o 

–

B H (100)_   â Ä º LO phonon mode  H › ' a8 £ ¤ ÷ &t ë ß –, TO

Fig. 5. View of cross-sectional TEM images for (a) as grown (b) oxidation processes (c) hydrogenation.

phonon mode  H ¸ ú ˜ › ' a8 £ ¤ ÷ &t  · ú §  H  . bulk z  ´o – B H“    â Ä

º 520.8 cm

⁻¹

\ " f LO Ÿ í 7 H ’    ñ
 
  H  כ \  q  K

   s # Q l ó ø Í0 A\  $ í  © œô  Ç z  ´o – B H \ x 8 £ x_   â Ä º\ 



 H 523.7 cm

⁻¹

_  0 Au \ " f ’    ñ
 z Œ ¤  [19]. s   H DCRC_    õ \ " f% ƒ! 3 ,   s # Q l ó ø Íõ  z  ´o – B H \ x 8 £ x



s \   H      Ò& ñ ½ + Ëõ  \ P Ø Ÿ ‚ ½ Ó > à º\  _ ô  Ç  כ s  “ ¦

½ +

É Ã º e ”  . Raman ì  rF  gZ O `  ¦ : Ÿ x K " f  s   7 H × ¼ ½ ¨› ¸_  z 

´o – B H ³ ð€  \  ” > r F    H   + þ A§ 4 (P )“ É r  6 £ § d ” \ " f ½ ¨½ + É Ã

º e ”   [19,20].

p = 2.95 × 10

⁸

∆ω(dyne/cm

²

) (1) d ”

 (1)\  ¦ s 6   x K  > í ß – ) a Ê ê% ƒo  / B N& ñ „  _  SOS r « Ñ\ 

"

f · ú š» ¡ ¤   + þ A§ 4 “ É r €  • 9.2 × 10

⁸

dyne/cm

²

s % 3 “ ¦, Ê ê% ƒ o

 / B N& ñ Ê ê_    + þ A§ 4 “ É r 8.8 × 10

⁸

dyne/cm

²

s % 3  . s 



Qô  Ç   + þ A§ 4 “ É r ³ ð€    } 9 l ü < ƒ  › ' a s  e ”  “ ¦ ˜ Г ¦÷ &# Q t

“ ¦ e ” Ü ¼ 9 [20],   " f Ê ê% ƒo  / B N& ñ Ê ê\  \ x 8 £ x_  ³ ð

€ 

s   © œ{ © œy  > h‚   ÷ &% 3 6 £ §`  ¦ · ú ˜ à º e ” % 3  .

Ê

ê% ƒo  / B N& ñ „  õ  Ê ê\    s # Q l ó ø Íõ  z  ´o – B H \  x

8 £ x  s _  > €  _   © œI ü <   & ñ $ í `  ¦ S X ‰ “   l  0 AK " f TEM`  ¦ › ' a¹ 1 Ï # Œ Fig. 5\ 
 ? /% 3  . Fig. 5(a)\ " f Ê ê

%

ƒo  / B N„   „  _  SOS r « Ñ\ " f  H   s # Q l ó ø Íõ  z  ´o 

–

B H \ x 8 £ x_       Ò& ñ ½ + ËÜ ¼– Ð “  ô  Ç misfit dislocationõ  twin defect[ þ t s  > €  \  ´ ú §s  ” > r F  “ ¦ s  Qô  Ç   † < Ê[ þ t s  z 

´o – B H \ x 8 £ x_  ³ ð€  \  t  % ò † ¾ Ó`  ¦ p u   H  כ `  ¦ S X ‰ “  

½ +

É Ã º e ” % 3  . t ë ß –, Fig. 5(b), (c)\ " f Ê ê% ƒo  / B N& ñ Ê

ê\  \ x 8 £ x ³ ð€  _    † < Ê[ þ t s   © œ{ © œy  ×  ¦ # QŽ  H  כ `  ¦ S X ‰ “  

½ +

É Ã º e ” % 3  . ¢ ¸ô  Ç, à º™ è o / B N& ñ _  Ä »·Á º\    " f    s

# Q l ó ø Íõ  z  ´o – B H \ x 8 £ x  s \ " f > €  \ " f µ 1 ÏÒ q t 



 H misfit dislocation õ  twin defect_  & ñ • ¸ ² ú ˜ t   H  כ

`

 ¦ › ' a¹ 1 Ï ½ + É Ã º e ” % 3  . s  Qô  Ç   õ \  ¦ : Ÿ x K " f à º™ è o Ê ê

\

 \ P í ß – oZ O `  ¦ s 6   x   H Ê ê% ƒo  / B N& ñ s  z  ´o – B H \ x 8 £ x _

   & ñ $ í `  ¦ † ¾ Ó © œ r v   H % i ½ + É`  ¦ ô  Ç “ ¦ ó ø Íé ß – ) a   [21].

Fig. 6. Schematic diagram of the hydrogenation and ox- idation processes, (a) as-grown, (b) hydrogenation, (c) oxidation and (d) thinning.

s

 Qô  Ç Ê ê% ƒo  / B N& ñ \  @ /ô  Ç mechanism\  @ /K  Fig.

6 \ 
 ? /% 3  . ' Í   P : $ í  © œé ß –> – Ð+ ‹ RTCVD\  ¦ s 6   x

# Œ   s # Q l ó ø Í0 A\  $ í  © œ ) a é ß –  & ñ z  ´o – B H \ x 8 £ x

\

  H Fig. 5(a) \ " fü < ° ú  s  > €  \ " f µ 1 ÏÒ q t÷ &  H   † < Ê[ þ t s  z 

´o – B H ³ ð€   t  % ò † ¾ Ó`  ¦ p u “ ¦, ¿ º   P : à º™ è o é ß –> – Ð +

‹ à º™ è o / B N& ñ “ É r Fig. 3(a) \ " f_    õ \ " f% ƒ! 3  z  ´o – B H

\

x 8 £ x_    & ñ  © œI \  ¦ Á º -ä ¼o   H % i ½ + É`  ¦  9, [ j   P :

–

Ð \ P í ß – oé ß –> – Ð+ ‹   s # Q l ó ø Íõ  z  ´o – B H \ x 8 £ x   s

_    † < Êõ  \ x 8 £ x ³ ð€  _    † < Ê`  ¦ ×  ¦ s   H % i ½ + É`  ¦ “ ¦,



t } Œ •Ü ¼– Ð \ g A é ß –> \  ¦ : Ÿ x K " f z  ´o – B H_  ¿ ºa \  ¦ › ¸] X 

“ ¦, ³ ð€  \  ” > r F    H Ô  ¦í  HÓ ü t`  ¦ \ O E   H gettering ´ òõ 

\

 ¦ s 6   x   H é ß –> – Ð ½ ¨$ í ÷ &# Q”   . s  Qô  Ç Ê ê% ƒo  / B N& ñ

„ 

õ  Ê ê_  r « Ñ\ " f U  ·“ É r ï  r0 A_   1 l x`  ¦ › ' a¹ 1 Ï l  0 AK  DLTSZ O `  ¦ s 6   x % i  .

DLTS ’    ñ S

n

(t, T )  H S

_n

(t, T ) = 2C

_o

N

_T

N

D

[exp( −e

n

t

₁

) − exp(−e

n

t

₂

)] (2) s

“ ¦, # Œl " f, N

T

ü < N

_D

  H y Œ •y Œ •   † < Ê0 l x • ¸ (defect concen- tration) ü < • ¸i ç 0 l x • ¸ (doping concentration)s “ ¦, C

^o

  H t

= 0 \ " f 8 £ ¤& ñ  ) a „  l 6   x| ¾ Ós  . ¢ ¸ô  Ç, \ P ~ ½ ÓØ  ¦Ò  ¦ (e

n

)“ É r U  ·

“ É

r ï  r0 A_   Ö ¸$ í  o \  -t ü < Ÿ í S \ ‰ é ß –€  & h  (σ

_n

) õ  › ' a > 

e ”

Ü ¼ 9, Õ ª › ' a >   H  6 £ § õ  ° ú    [22].

e

n

(t, T ) = γ

n

σ

n

T

²

exp( −E

T

/K

BT

) (3) Fig. 7“ É r Ê ê% ƒo  / B N& ñ „  õ  Ê ê_  U  ·“ É r ï  r0 A_   1 l x

`

 ¦ ˜ Ð# ŒÅ ҍ  H DLTS   õ s  . 8 £ ¤& ñ  ) a   õ _  \ P ~ ½ ÓØ  ¦Ò  ¦

“

É r 18.48 sec

⁻¹

s  9, 77 K\ " f 350 K t  “ : r • ¸_     o\ 



 " f 8 £ ¤& ñ % i  . DLTS\  ¦   õ \  ¦ : Ÿ x K " f ¿ º > h_  „  



à Ôê Á œ (D1õ  D2)s  ” > r F    H  כ `  ¦ S X ‰ “   % i Ü ¼ 9, Fig.

Fig. 7. DLTS spectra before and after hydrogenation treatment and oxidation processes.

6_    õ – РÒ'  D1“ É r z  ´o – B H ³ ð€  \  ” > r F    H   † < Êõ 

› '

aº   e ”  “ ¦ ó ø Íé ß –÷ &# Qt  9, D2  H   s # Q l ó ø Íõ  z  ´o 

–

B H \ x 8 £ x õ _  > €  \ " f_  Ò q tl   H misfit dislocation s 

 twin defectü < › ' aº  s  e ”  “ ¦ ó ø Íé ß –÷ &# Q”   . ¢ ¸ô  Ç, d ”  (2) ü < (3)`  ¦ : Ÿ x K " f ¿ º> h_  „   à Ôê Á œ_  U  ·“ É r ï  r0 Aü < Ÿ í S \ ‰ é

ß –€  & h “ É r y Œ •y Œ • Ec - 0.31 eV (D1)õ  Ec - 0.52 eV (D2), 5.72 × 10

⁻¹⁷

cm

²

õ  1.69 × 10

⁻¹⁵

cm

²

s % i  . ¢ ¸ô  Ç, à º™ è

 o s Ê ê\  à Ôê Á œ0 l x • ¸  H 0.5 ∼ 2 × 10

¹³

cm

⁻³

s % 3 Ü ¼ 9, à Ô ê

Á œ 0 l x • ¸_  y Œ ™™ è  H   s # Q l ó ø Íõ  z  ´o – B H \ x 8 £ x  s  _  > €  _    † < Ê[ þ t s  y Œ ™™ è % i l  M :ë  H s  “ ¦ ó ø Íé ß – ) a  .



 s # Q l ó ø Í0 A\  $ í  © œ ) a z  ´o – B H \ x 8 £ x \ " f Ê ê% ƒo  /

B

N& ñ “ É r z  ´o – B H \ x 8 £ x_    & ñ $ í † ¾ Ó © œõ    † < Ê © œI  ] j# Q

\

 ´ òõ & h s  “ ¦ ó ø Íé ß –÷ &# Q”   . : £ ¤ y , \ P í ß – o / B N& ñ ë ß –`  ¦ Ã

º' Ÿ ô  Ç  â Ä º\   H Ô  ¦í  HÓ ü t[ þ t`  ¦ > €  Ü ¼– РÒ'  í ß – o} Œ •s  + þ A

$ í

÷ &  H ³ ð€    H % ƒ t  s 1 l x r &  í ß – o} Œ •`  ¦  o† < Æ& h Ü ¼– Ð ] j



Ù þ ¡`  ¦  â Ä º\  Õ ª   † < Ê © œI ü < Ô  ¦í  HÓ ü t[ þ t s  í ß – o} Œ •õ  † < Ê a

 ] j ÷ &  H   õ \  ¦ œ íA  “ ¦, à º™ è o / B N& ñ “ É r > €  \ " f Â

Ò'  Ò q t$ í ÷ &  H misfit dislocation õ  twin defectü < ° ú  “ É r   

† <

Ê  © œI [ þ t`  ¦  r4 Ÿ ¤ r †   “ ¦ Ò q ty Œ • ÷ &# Q”   .   " f, “ ¦¾ ¡ §

| 9

_  z  ´o – B H \ x 8 £ x`  ¦ % 3 l  0 AK " f  H   s # Q l ó ø Í_ 

„ 

% ƒo  › ¸| , à º™ è oü < \ P í ß – oZ O \ " f_  “ : r • ¸ › ¸| õ  ° ú  

“ É

r ~ ½ ÓZ O  : r& h  8 £ ¤€   x 9    s # Qü < z  ´o – B H > €  \ " f_    

&

ñ † < Æ& h “   8 £ ¤€  \ " f_  ƒ  ½ ¨ > 5 Å q ÷ &# Q4 R  ½ + É  כ s  .

IV. + s Ç Â ] Ø

‘

: r ƒ  ½ ¨\ " f  H / å L5 Å q\ P  o† < Æ7 £ x‚ à ÌZ O `  ¦ s 6   x # Œ (1102)

~

½ ӆ ¾ Ó_    s # Q l ó ø Í 0 A\  z  ´o – B H \ x 8 £ x`  ¦ $ í  © œ % i 

“

¦, z  ´o – B H \ x 8 £ x_  : £ ¤$ í `  ¦ † ¾ Ó © œr v l  0 AK  à º™ è oü <

\ P

í ß – oZ O `  ¦ à º' Ÿ  % i  . z  ´o – B H \ x 8 £ x`  ¦ $ í  © œô  Ç Ê ê à º

™

è o / B N& ñ s Ê ê\  \ P í ß – oZ O `  ¦ : Ÿ x K  í ß – o} Œ •`  ¦  o† < Æ& h Ü ¼– Ð etching † < ÊÜ ¼– Ð+ ‹ z  ´o – B H \ x 8 £ x_  ¿ ºa \  ¦ › ¸] X  † < Êõ  1 l x r

\    & ñ $ í _  † ¾ Ó © œ`  ¦ l @ / ½ + É Ã º e ” % 3  . ¢ ¸ô  Ç, DCRC _

   õ \  ¦ : Ÿ x K " f Ê ê% ƒo  / B N& ñ „  õ  Ê ê_  ì ø Í; Ÿ ¤ u  €  • 20 arcsec s  © œ y Œ ™™ è   H  כ `  ¦ S X ‰ “   % i Ü ¼ 9, ì ø ̀  \  à º

™

è o / B N& ñ ë ß – à º' Ÿ ô  Ç SOS r « Ñ\ " f  H ì ø Í; Ÿ ¤ u  €  • 998 arcsec  t  7 £ x    H  כ `  ¦ S X ‰ “   % i  . \ P í ß – o / B N& ñ “ É r é

ß –t  z  ´o – B H \ x 8 £ x_  ³ ð€     H~ ½ Ó\  e ”   H   † < Ê[ þ t`  ¦ ×  ¦ s 



 H % i ½ + É`  ¦ ô  Ç “ ¦ ó ø Íé ß –÷ & 9, à º™ è oü < \ P í ß – o / B N& ñ s  # î '

Ÿ  ÷ &% 3 `  ¦ M :  H z  ´o – B H \ x 8 £ x_  ³ ð€   s ü @\    s # Q l

ó ø Íõ  z  ´o – B H \ x 8 £ x_  > €  _    † < Ê[ þ t`  ¦  © œ{ © œy  y Œ ™™ è

  H % i ½ + É`  ¦ ô  Ç “ ¦ ó ø Íé ß – ) a  . s  Qô  Ç   õ \  ¦ „  l & h Ü ¼

–

Ð DLTSZ O `  ¦ s 6   x # Œ „  • ¸@ /  A \ " f y Œ •y Œ • 0.31 eV (D1) ü < 0.52 eV (D2)_  0 Au \  ¿ º> h_  „    à Ôê Á œs  ” > r F 

  H  כ `  ¦ S X ‰ “   % i Ü ¼ 9, D1“ É r z  ´o – B H ³ ð€  \ " f_    

† <

Êõ  D2  H   s # Q l ó ø Íõ  z  ´o – B H \ x 8 £ x  s _  > €   _

   † < Êõ  › ' a >  e ”  “ ¦ ó ø Íé ß –÷ &# Qt “ ¦, Ê ê% ƒo  õ & ñ `  ¦ :

Ÿ

x K " f „  l & h Ü ¼– Ð €  • 50 % & ñ • ¸_  à Ôê Á œ y Œ ™™ è\  ¦ S X ‰ “   

% i  .

P c

p 8 ý ò k >

The authors thanks professor H. Y. Cho at Dongguk University for the entire help on this work. This work is supported by the National program for Tera level Nano Devices 2004 through MOST.

Y c

p w Š à U Ø ”  ô

[1] J. J. Liu, Z. Kalayjian, B. Riely, W. Chang, G. J. Si- monis and A. A. Apsel, Selected Topics in Quantum Electronics 9, 380 (2003).

[2] M. N. Ericson, C. L. Britton, J. M. RochelleJr, B.

J. Blalock, D. M. Binkley, A. L. Wintenberg and B.

D. Williamson, Nuclear Science 50, 963 (2003).

[3] F. C. J. Kong, Y. T. Yeow and H. Domyo, Electron- ics Letters 39, 407 (2003).

[4] Andreas Ploβl and Gertrud Krauter, Solid-state electronics, 44, 775 (2000).

[5] G. Barbottin, A. Vapaille and J. L. Leray, Insta-

bilities in silicon Devices; A review of buried oxide

structrues and SOI technologies (Elservier Science

B.V., North-Holland, 1999).

[6] C. Sorin and S. Li. Sheng, Electrical characteriza- tion of Silicon-on-Insulator materials and Devices (Kluwer Academic Publishers Inc., Boston/London, 1995).

[7] S. Jun, Y. H. Yang, J. B. Lee and D. K. Choi, Appl.

Phys. Lett. 75, 2235 (1999).

[8] P. Loren, M. Julia, K. E. Phillips, K. W. Luther, J.

L. West, F. A. Bastone and J. E. A. Maurits, Appl.

Phys. Lett. 50, 466 (1987).

[9] H. S. Mavi, A. K. Shukla, K. P. Jain and S. C. Abbi, J. Appl. Phys. 69, 7815 (1991).

[10] J. van Wingerden, A.van Dam, M. J. Haye, P. M.

L. O. Scholte and F. Tuinstra, Phys. Rev. 55, 9352 (1996).

[11] H. M. Manasevit and W. I. Simpson, J. Appl. Phys.

35, 149 (1964).

[12] S. Peterstrom, Appl. Phys. Lett. 58, 2927 (1991).

[13] W. B. Dubbelday and K. L. Kavanagh, J. Crystal Growth 222, 20 (2001).

[14] S. Wolf, Silicon Processing for the VLSI Era (LAT- TICE PRESS, California, 1995), p. 539.

[15] M. E. Twigg, E. D. Richmond and J. G. Pellegrino, J. Appl. Phys. 67, 3706 (1990).

[16] Victor E. Borisenko and Peter J. Hesketh, Rapid Thermal Processing of Semiconductors (Plenum Press, New York/London, 1991), p. 212.

[17] R. A. Yankov, J. R. Kaschny, P. F. P. Fichtner, A.

Mucklich, U. Kreiβig and W. Skorupa, Microelec- tronic Engineering 36, 129 (1997).

[18] Sorab K. Ghandhi, VLSI Fabrication Principles ; Silicon and Gallium Arsenide (Wiley Interscience, New York, 1983), p. 475.

[19] E. Gartstein, S. Lach, D. Mogilyanski, H. Metzger and J. Peisl, Physica B 248, 79 (1998).

[20] J. H. Cha, D. Y. Kim, C. J. Park, Y. H. Kwon, H.

Y. Cho and Y. H. Lee, New Physics 46, 130 (2003).

[21] H. Y. Cho and C. J. Park, Physics E 16, 489 (2003).

[22] D. V. Lang, J. Appl. Phys. 45, 3023 (1974).

Hydrogenation for Enhancing the Crystallinity in Silicon Grown on Sapphire by Using RTCVD

C. J. Park

^∗

Department of Physics, Dongguk University, Seoul 100-715 Yong-Deuk Woo

Department of Semiconductor Science, Woosuk University, Chunbuk 565-701 (Received 30 July 2004)

Silicon epilayers were grown on (1102) sapphire substrates by using rapid thermal chemical-vapor deposition (RTCVD). Hydrogenation treatment and thermal oxidation were done to enhance the crystal quality and to control the epilayer thickness. From Double-crystal rocking curves and trans- mission electron microcopy sjpwed the characteristics of single-crystal Si(100) and the epilayers had good crystallinity and reduced defects during the hydrogenation and the thermal oxidation. Defects and impurities near the silicon surface decreased after thermal oxidation, and misfit dislocations and twin defects between the sapphire substrate and the silicon epilayer were reduced after hydrogena- tion. Also, to study the defects, we performed DLTS measurement: two electron traps appeared at 0.31 eV (D1) and 0.52 eV (D2) below the conduction band. In the case of hydrogenation and thermal oxidation, D1 disappeared and D2 was decreased by about 50% compared to the value seen after thermal oxidation only.

PACS numbers: 61.72.-y, 61.82.Fk, 72.80.Ey, 81.65.-b

Keywords: Silicon on sapphire(SOS), Rapid thermal chemical vapor deposition (RTCVD), Hydrogenation, DCRC, DLTS

∗

E-mail: [email protected]