INFLUENCE OF ARSENIC VAPOR SPECIES ON ELECTRICAL AND OPTICAL PROPERTIES OF MBE GROWN GaAs

Résumé
L'influence respective des espèces gazeuses de l'arsenic dimères (As₂) et tétramères (As₄) sur les propriétés électriques et optiques de GaAs, non dopé et dopé par Ge, élaboré par épitaxie de jet moléculaire (MBE), a été étudiée par effet Hall, photoluminescence (PL) et mesures DLTS. Le jet moléculaire provenait de deux sources As₂ et As₄ différentes ainsi que d'une source unique pouvant fournir des rapports de flux As₄/As₂ réglables. L'apparition de lignes d'exciton de saut reliées au défaut dans le spectre 2K PL est directement corrélée à l'existence de trois états profonds (M1, M3, M4), qui sont caractéristiques de GaAs élaboré par la méthode MBE. L'intensité de ces PL lignes supplémentaires et, simultanément la concentration des électrons piégés peuvent être réduites substantiellement par diminution du rapport de As₄ sur As₂. De plus, un rapport d'autocompensation beaucoup plus faible dans n-GaAs dopé au Ge peut être obtenu par un jet moléculaire d'espèces As₂, qui fournit une population de surface de l'arsenic nettement plus stationnaire. Les résultats démontrent que l'incorporation des centres reliés au défaut aussi bien que celle de dopants amphotériques dépend fortement de l'état chimique de la surface impliquée lors du processus de croissance du film.

Abstract
The influence of dimeric (As₂) vs tetrameric (As₄) arsenic vapour species on the electrical and optical properties of undoped and of Ge-doped GaAs grown by molecular beam epitaxy (MBE) has been studied by using Hall effect, photoluminescence (PL) and DLTS measurements. The arsenic molecular beam was obtained from separate As₂ and As₄ sources, resp., and from a single source providing adjustable As₄/As₂ flux ratios. The occurrence of the defect related bound exciton lines in the 2K PL spectra was found to be directly correlated with-the existence of three deep states (M1, M3, M4) which are characteristic of MBE grown GaAs. The intensity of these extra PL lines and simultaneously the electron trap concentration could be reduced substantially by decreasing the As₄, vs As₂ flux ratio. In addition, a considerably lower autocompensation ratio in Ge-doped n-GaAs was achieved with As₂ molecular beam species which provide a much higher steady-state arsenic surface population. These results demonstrate that the incorporation of defect related centers as well as of amphoteric dopants strongly depends on the surface chemistry involved in the film growth process.