Rev. Phys. Appl. (Paris) 14, 853-861 (1979)
DOI: 10.1051/rphysap:019790014010085300

Electron and hole capture cross-sections at deep centers in gallium arsenide

A. Mitonneau, A. Mircea, G.M. Martin et D. Pons

Laboratoires d'Electronique et de Physique Appliquée, 3, avenue Descartes, 94450 Limeil-Brevannes, France

Abstract
A method is presented, which combines optical excitation and electrical refilling of deep levels, allowing one to measure the majority carrier capture cross-section for minority carrier traps : e.g., σn for a hole trap in n-type material. This method has been used to characterize many deep levels in gallium arsenide. The following results are obtained : the main electron trap « EL 2 » is not a hole lifetime killer; the temperature coefficient of the ionization energy for several levels, including the Cr level used for compensation in semi-insulating crystals ; very large (10-15 cm 2 or more), and very small (10-21 cm2) electron capture cross-sections for two of the levels ; possible capture mechanisms for these last cases are mentioned.

Résumé
Nous présentons une méthode, combinant l'excitation optique et le remplissage électrique de niveaux profonds, qui permet la mesure de la section de capture des pièges de minoritaires pour les porteurs majoritaires : par exemple σ n pour un piège à trous dans un matériau de type n. Cette méthode a été utilisée pour caractériser plusieurs centres profonds dans l'arseniure de gallium. Les résultats suivants ont été établis : le principal piège à électrons « EL 2 » n'est pas un tueur de durée de vie; le coefficient de température de l'énergie d'ionisation de plusieurs niveaux, y compris le niveau du chrome utilisé pour l'obtention des cristaux semi-isolants ; de très grandes (10-15 cm2 ou plus), et de très petites (10-21 cm2) sections de capture pour les électrons pour deux des niveaux étudiés ; des mécanismes de capture envisageables sont mentionnés dans ces demiers cas.

PACS
7155F - Impurity and defect levels in tetrahedrally bonded nonmetals.
7220J - Charge carriers: generation, recombination, lifetime, and trapping semiconductors/insulators.
7280E - Electrical conductivity of III V and II VI semiconductors.
2520D - II VI and III V semiconductors.

Key words
deep levels -- electron traps -- gallium arsenide -- hole traps -- III V semiconductors -- minority carriers -- deep centers -- optical excitation -- electrical refilling -- minority carrier traps -- GaAs -- hole capture cross sections -- electron capture cross sections