J. Phys. France 43, 815-825 (1982)
DOI: 10.1051/jphys:01982004305081500

Detailed optical characterization of the deep cr level in gaas

A. Nouailhat, F. Litty, S. Loualiche, P. Leyral et G. Guillot

Laboratoire de Physique de la Matière , Institut National des Sciences Appliquées de Lyon, 20, avenue Albert Einstein, 69621 Villeurbanne, France

Abstract
The deep level optical spectroscopy by the so called DLOS technique gives the spectral shape of both σon(hv) and σ op(hv), the optical cross sections for the transitions between a deep level and the conduction and valence bands, in a very sensitive and selective way. We have applied this technique to the optical study of the HL1 trap related to chromium in GaAs, in very pure LPE layers of n and p type doped with chromium. We can therefore determine what kind of charge states of chromium we are dealing with by çomparing σo n and σop with the optical absorption spectra in bulk materials. Moreover, comparisons between the excitation spectra of luminescence and the photoionization cross section σo n and σop have given unambiguous interpretation of the origin of the two luminescence bands at 0.57 and 0.62 eV found by YAG laser excitation in bulk Cr doped GaAs depending on the Fermi level position. They are interpreted as the radiative transitions between the (Cr3+-Cr2+ ) centre and the bands. In this way, we give a coherent description of the thermal and optical properties of the single deep acceptor level corresponding to the Cr 3+ or Cr2+ states according to its electronic filling.

Résumé
Les caractéristiques optiques du niveau profond « HL1 » lié à la présence du chrome dans GaAs ont été étudiées par différentes méthodes pour donner une description précise du centre. Les sections efficaces d'ionisation optique σ on(hv) et σop(hν) ont été mesurées par spectroscopie capacitive optique (Deep Level Optical Spectroscopy - DLOS) sur GaAs LPE de type n et p dopé au chrome. Ces résultats permettent de déterminer l'état de charge du chrome dans un matériau massif par mesure d'absorption optique. L'origine des émissions à 0,57 et 0,62 eV liées au chrome est clairement démontrée par comparaison de leurs spectres d'excitation avec σon et σop. L'ensemble des résultats donne une description cohérente des propriétés thermiques et optiques du niveau correspondant aux deux états Cr+2-Cr+3 .

PACS
7155E - III-V semiconductors.
7840F - Semiconductors.
7855C - III-V semiconductors.

Key words
chromium -- deep levels -- gallium arsenide -- III V semiconductors -- impurity and defect absorption spectra of inorganic solids -- luminescence of inorganic solids -- photocapacitance -- photoluminescence -- semiconductor epitaxial layers -- visible and ultraviolet spectra of inorganic solids