Rev. Phys. Appl. (Paris) 23, 817-831 (1988)
DOI: 10.1051/rphysap:01988002305081700

Modelling the electronic structure of EL2

G.A. Baraff¹ et M. Lannoo<sup>2

1</sup>  AT & T Bell Laboratories, Murray Hill, New Jersey 07974-2070, U.S.A.
²  Laboratoire de Physique des Solides, Institut Supérieur d'Electronique du Nord, 41 boulevard Vauban, 59046 Lille Cedex, France

Abstract
The levels and excitation energies of a weakly interacting AsGa - Asi defect pair have been calculated using the model energy functional introduced by Baraff and Schluter. The calculation is performed in a manner which allows the Jahn-Teller relaxation proposed by Lannoo to distort the Asi away from the symmetry site. We evaluate the parameters of the model using experimental information where possible and using the results of self consistent Greens function calculations where no experimental information is available. The isolated Asi turns out to have no equilibrium state capable of giving rise to an ESR spectrum. It has a shallow donor level plus a two-electron level (As+i , As 3+i ) in the lower half gap. This level structure persists in the defect pair, which now contains, in addition to the excitations associated with the individual defects, a charge transfer excitation in which (As 0Ga - As+i) → (As- Ga - As2+i ). The species As- Ga, which is unstable in isolation, becomes longer lived as a component of the defect pair. The calculations support the proposal of von Bardeleben et al. that the ground state of the metastable defect EL2 is, in fact, this defect pair.

Résumé
Les niveaux et énergies d'excitation d'une paire de défauts AsGa - Asi en faible interaction ont été calculés en utilisant une forme analytique de l'énergie introduite par Baraff et Schlüter. Le calcul est effectué de façon à tenir compte, comme l'a proposé Lannoo, de la distorsion Jahn-Teller qui déplace Asi de son site à haute symétrie. Quand c'est possible nous évaluons les paramètres du modèle à partir des résultats expérimentaux sinon nous utilisons les résultats de calculs selfconsistents par fonctions de Green. Nous trouvons que l'intersticiel Asi isolé n'a pas d'état d'équilibre susceptible de donner lieu à un spectre R.P.E.. Il présente un niveau donneur hydrogénoïde plus un niveau à deux électrons (As+i, As3+i ) dans la partie inférieure du gap. Cette structure de niveaux persiste dans la paire qui, en plus des excitations individuelles des défauts, présente une excitation avec transfert de charge (As0Ga - As+ i → (As-Ga - As2+i ). L'entité As-Ga, instable isolément, acquiert une durée de vie plus longue dans la paire. Les calculs supportent la proposition de von Bardeleben et al. qui attribue l'état fondamental de EL2 à la paire AsGa - Asi.

PACS
7155F - Impurity and defect levels in tetrahedrally bonded nonmetals.
7170C - Crystal and ligand fields.

Key words
deep levels -- electron traps -- gallium arsenide -- III V semiconductors -- Jahn Teller effect -- semiconductor -- electronic structure -- EL2 -- weakly interacting As sub Ga As sub i defect pair -- model energy functional -- Jahn Teller relaxation -- self consistent Greens function -- shallow donor level -- charge transfer excitation -- metastable defect