Carrier recombination in gallium arsenide

This paper is concerned with an investigation of the mechanisms responsible for the recombination of excess carriers in gallium arsenide. The photoelectromagnetic and photoconductive techniques are used to measure the carrier lifetimes of n- and p-type samples with carrier concentrations ranging from 107 cm−3 to 3 × 1018 cm−3 over temperatures from 80 to 400°K. It is shown that the highest measured minority carrier lifetimes of the more heavily doped samples are controlled by band-to-band radiative recombination. For higher resistivity samples the minority carrier lifetimes are determined by recombination centres lying at the centre of the band gap. Minority carrier trapping at a single level is observed in n-type samples but a more complex trapping model is needed to explain the behaviour of p-type samples. Cet article se concerne à l'examen des mécanismes responsables de la recombinaison des porteurs excédents dans l'arséniure de gallium. Les techniques photoélectromagnétiques et photoconductives sont employées pour mesurer les longueurs de vie des porteurs des échantillons de type n et p avec des gammes de concentration de porteurs allant de 107 cm−3 à 3 × 1018 cm−3 pour des températures de 80 à 400°K. On démontre que les mesures maxima des longueurs de vie des porteurs minoritaires dans les échantillons les plus dopés sont contrôlées par la recombinaison rayonnante de bande à bande. Pour les échantillons à plus haute résistivité, les longueurs de vie des porteurs minoritaires sont déterminees par les centres de recombinaison situés au centre de l'intervalle de bande. La trappe des porteurs minoritaires à un seul niveau est observée dans les échantillons à type n mais un modèle de trappe plus compliqué est nécessaire pour expliquer le comportement des échantillons de type p. Diese Arbeit behandelt eine Untersuchung der Mechanismen, die für die Rekombination von überschüssigen Trägern in Galliumarsenid verantwortlich sind. Der photoelektromagnetische und der photoelektrische Effekt wurden benutzt, um die Trägerlebensdauern von n- und p-leitenden Proben mit Trägerkonzentrationen von 107 cm−3 bis 3 × 1018 cm−3 im Temperaturbereich von 80 bis 400°K zu messen. Es wird gezeigt, dass die höchsten Lebensdauern der Minoritätsträger, die an den höher dotierten Proben gemessen wurden, von der Band-zu-Band-Strahlungsrekombination bestimmt werden. Bei Proben mit höherem spezifischem Widerstand werden die Lebensdauern der Minoritätsträger von den Rekombinationszentren bestimmt, die in der Mitte des verbotenen Bandes liegen. Bei den n-leitenden Proben wird das Einfangen von Minoritätsträgern auf einem einzigen Niveau beobachtet; man braucht jedoch ein komplizierteres Einfangmodell, um das Verhalten von p-leitenden Proben zu erklären.