LUMINESCENCE DES ALLIAGES TERNAIRES Ga_xIn_1-xP NON DOPÉS ET DOPÉS AU SOUFRE

Résumé
Les spectres de photoluminescence et de cathodoluminescence des alliages Ga_xIn _1-xP non intentionnellement dopés sont étudiés à basse température (4,2 K et 20 K) dans toute la gamme de compositions. Pour 0,69 < x < 1, les spectres se composent d'excitons liés au carbone neutre et au soufre neutre. Ces raies fines sont accompagnées par une large transition à cinétique rapide attribuée à la présence d'azote résiduel. Pour 0,63 < x < 0,69, outre cette large transition apparaît une raie haute énergie interprétée comme une transition donneur-bande de valence. Dans la gamme x < 0,63, deux transitions dominent. A partir de mesures de photoluminescence à température variable, nous avons attribué ces deux transitions à des transitions donneur-bande de valence et donneur-accepteur. Après dopage au soufre, les spectres des alliages de composition x < 0,63 ne sont pas modifiés en ce qui concerne leur position énergétique. Pour x > 0,69, seules les raies dues au soufre et à l'azote subsistent. Au voisinage de la composition x = 0,69, les spectres sont composés de transitions caractéristiques des matériaux à bande interdite directe (transition niveau-bande et donneur-accepteur) et des matériaux à bande interdite indirecte (transitions excitoniques). Un point de désaccord subsiste cependant entre d'une part le comportement du rapport des pics de luminescence en fonction du taux de dopage et de la composition et d'autre part l'écart énergétique EƉ - E_HE. Dans la première donnée, on s'attendrait à une énergie d'ionisation du donneur de l'ordre de quelques meV alors que dans la seconde, cette énergie serait de 35 meV environ.

Abstract
The photoluminescence and cathodoluminescence spectra of non-intentionally doped Ga_xIn_1-xP alloys are studied at low temperature (4.2 K and 20 K) in the whole range of compositions. For 0.69 < x < 1, the spectra consist of narrow lines due to the recombination of excitons bound to neutral carbon and sulphur. Apart from these lines, we observe a large transition attributed to excitons bound to N-N pairs. This transition is characterized by a short decay time. For 0.63 < x < 0.69, the large transition subsists and a donor-valence band transition appears at higher energy. In the range x < 0.63, we see two peaks. From photoluminescence measurements at various temperature, we deduce the nature of these two peaks : a donor-valence band and a donor-acceptor pair transition. After doping by sulphur, the peaks have the same energy position for alloys x < 0.63. If x > 0.69, the exciton lines due to sulphur and nitrogen are still present. Near the composition x = 0.69, the spectra are composed of transitions characteristic of direct band gap alloys (free-bound and bound-bound transitions) and of indirect band gap alloys (excitonic transitions). A disagreement exists about the value of the donor ionization energy. From the energy difference EƉ - E_HE, the ionization energy is found to be about 35 meV whereas a value of a few meV only would explain the behaviour of the peak ratio versus doping level and composition.