LOW TEMPERATURE PHOTOLUMINESCENCE AND ABSORPTION OF Ga_xIn_1-xAs/ InP

Résumé
Les propriétés optiques, cristallographiques et de transport de Ga_xIn_1-xAs nominalement non dopé type n et dopé. Zn type p élaboré par LPE, VPE, et MOCVD sont étudiées et reliées aux différentes méthodes de croissance. Les échantillons obtenus par LPE ont de beaucoup plus grandes intensités de luminescence que ceux élaborés par MOCVD et VPE et moins d'inhomogénéités de structure et de composition. Des pics reliés aux excitons libres et liés et aux différentes impuretés sont trouvés dans les spectres de photoluminescence et d'absorption des échantillons non dopés. L'énergie d'ionisation de l'exciton est déterminée égale à 2,1±0,1 meV en accord avec la théorie hydrogénoïde. Une énergie des phonons LO de 32±0,5 meV est déduite des répliques phonon LO de l'émission excitonique. La variation de l'énergie de la bande interdite à T=2K en fonction de la composition de la solution solide dans la gamme x=44% ... 49% est donnée par un paramètre de courbure de C=0,475 et une valeur de bande interdite de Eg=0,811 eV pour un accord de réseau optimal. Les résultats obtenus sur les transitions paires donneur-accepteur à partir des spectres de photoluminescence sont rapprochés des mesures de spectrométrie de masse pour identifier pour la première fois les différents accepteurs : C, Zn et Si. Leur énergie d'ionisation est respectivement 13±1 meV, 22±l meV, 25±l meV. C est le principal accepteur dans les échantillons de MOCVD, mais est à peine présent dans ceux obtenus par LPE et VPE, tandis que Si et Zn sont non intentionnellement présents dans les échantillons de LPE, VPE et MOCVD. Les échantillons dopés Zn type p présentent seulement un pic de transition paire donneur-accepteur Zn avec une faible réplique phonon LO de ce pic et une très faible émission excitonique.

Abstract
Optical, crystallographic and transport properties of nominally undoped n-type and Zn doped p-type Ga_xIn_l-xAs (0.44 <x< 0.49) grown by LPE, VPE, and MOCVD are studied and related to the different growth methods. Samples grown by LPE show much larger luminescence intensities than the MOCVD and VPE samples and less structural and compositional inhomogeneities. Peaks related to free and bound excitons and to different impurities are found in the photoluminescence and absorption spectra of the undoped samples. The binding energy of the exciton is determined to 2.l±0.l meV in agreement with hydrogenic theory. An LO phonon energy of 32±0.5meV is derived from LO phonon replica of the exciton line. The dependence of the energy gap at T=2K from the solid solution composition in the range x=44% ... 49% is determined yielding a bowing parameter of C=0.475 and a gap value of Eg=0.811eV at optimum lattice match. Data on donor-acceptor-pair transitions observed in the photoluminescence spectra are combined with secondary ion mass spectrometry data to identify for the first time different acceptors : C, Zn, and Si. Their binding energies are 13±lmeV, 22±1meV, and 25±lmeV, respectively. C is the dominant acceptor in the MOCVD samples, but is hardly present in the LPE and VPE samples, whereas Si and Zn are unintentionally both present in LPE, VPE, and MOCVD samples. The Zn doped p-type samples showed only a broad donor-Zn acceptor pair transition band with a weak LO phonon replica of this band and a very weak exciton line.