Laser Induced Defects in GaAs Layers

Abstract

Annealing of ion implanted GaAs layers as well as irradiation of unimplanted samples with nanosecond laser pulses is connected with the formation of exponential absorption tails near the fundamental absorption edge with the dependence K ˜ exp [ħω(E)−1] on the photon energy. Identical behaviour is found in weakly damaged ion implanted layers. The observed high near edge absorption is connected with almost no refractive index change. The characteristic energy E is independent on the implanted ion species and increases with the nuclear deposited energy density and the laser energy density from about ≈ 0.1 eV up to a maximum value of 0.52 eV. The defects responsible for this behaviour act as compensating centers for free carriers. The experimental findings and the missing pronounced absorption tail in irradiated silicon supports the conclusion that defects typical for compound semiconductors are produced. Assuming high concentrations of vacancies and anti-site defects the experimentally found values for E can be explained from theoretical calculations. Die Ausheilung von ionenimplantierten GaAs-Schichten und die Bestrahlung nicht implantierten Materials mit Nanosekunden-Laserimpulsen fuhrt zur Ausbildung exponentieller Auslaufer des Absorptionskoeffizienten nahe der Bandkante der Form K ˜ exp [ħω(E)−1]. Identisches Verhalten wird auch in schwach geschadigten implantierten Schichten nachgewiesen, die erhohte Absorption ist mit keiner merklichen BrechzahlvergrosBerung verbunden. Die charakteristische Energie E ist unabhangig von der Art der implantierten Ionen und wachst mit der nuklear deponierten Energiedichte und der Laserenergiedichte von 0,1 eV bis zu einem Sattigungswert von 0,52 eV. Die fur dieses Verhalten verantwortlichen Defekte fuhren zur Kompensation der n-Leitung. Aus den experimentellen Befunden und unter Berucksichtigung der Tatsache, das in Si derart ausgepragte Auslaufer des Absorptionskoeffizienten nahe der Bandkante nicht beobachtet werden, wird auf die Bildung von fur Verbindungshalbleiter typischen Eigendefekten geschlossen. Unter der Annahme hoher Vakanzen- und anti site-Defektkonzentrationen konnen die experimentell gefundenen Werte fur E theoretisch erklart werden.