Interactions Laser-Solides, Recuits par Faisceaux d'Energie / Laser-Solid Interactions and Transient Thermal Processing of Materials

J. Phys. Colloques 44 (1983) C5-55-C5-59
DOI: 10.1051/jphyscol:1983507

THE E₁ - E₁ + Δ₁ TRANSITIONS IN BULK GROWN AND IN IMPLANTED LASER ANNEALED HEAVILY DOPED GERMANIUM : LUMINESCENCE

G. Contreras¹, A. Compaan², J. Wagner³, M. Cardona³ et A. Axmann<sup>4

1</sup>  DAAD Fellow, on leave from E.S.F.M.-I.P.N. México.
²  Von Humboldt Foundation Fellow, on leave from Kansas State University, Dept. of Physics, Cardwell Hall, Manhattan, Kansas 66506, U.S.A.
³  Max-Planck-Institut für Festkörperforschung, Heisenbergstr. 1, 7000 Stuttgart 80, F.R.G.
⁴  Fraunhofer-Institut für Angewandte Festkörperphysik, Eckerstr. 4, 7800 Freiburg, F.R.G.

Résumé
Nous présentons des mesures de luminescence visible excitée par un laser continu et liée aux transitions directes E₁, E₁ + Δ₁, dans Ge type n avec N_e >≈ 10¹⁸ cm^-3. Le phenomène semble être induit par la participation d'une haute densité d'électrons libres aux transitions E₁ - E₁ + Δ₁, ayant lieu aux environs du point L (2,1 et 2,3 eV) : cette luminescence n'est observée ni dans le Ge pur, ni dans Ge type p. Cette luminescence est utilisée pour l'étude de l'influence du dopage sur la structure de bandes du Ge dopé en volume et aussi implanté avec du P et recuit par laser. Des déplacements et élargissements des énergies E₁ - E₁ + Δ₁ ont été observés ainsi que des déplacements Burstein-Moss de l'énergie de Fermi. Les résultats sur le Ge dope en volume sont en bon accord avec ceux du matériau recuit par laser dans la région ou le dopage est le même.

Abstract
We report the observation of cw laser-excited visible luminescence at the E₁ - E₁, + Δ₁ direct gaps in n-type Ge with N_e >≈ 10¹⁸ cm^-3 . The phenomenon appears to be induced by participation of the high density of free electrons in the E₁ - E₁ + Δ₁ transitions at the L-point (2.1 and 2.3 eV) since the luminescence is not observed in either pure or p-type Ge. We have used this luminescence to investigate the effect of doping on the band structure of bulk doped and also of phosphorus implanted laser annealed Ge. Shifts and broadening of the E₁ - E₁ + Δ₁ energies and also Burstein-Moss-Fermi energy shifts have been observed. The results for bulk Ge go over smoothly and overlap with the results for the laser annealed material.