Caracterização de níveis de defeitos próximos à banda de valência em GaAs implantado com prótons

Abstract

No presente trabalho, foi utilizada a técnica de Espectroscopia de Transientes de Níveis Profundos (DLTS - Deep Level Transient Spectroscopy) para identificar e caracterizar níveis profundos com energias mais próximas à da banda de valência do GaAs introduzidos por implantação de prótons. Dois níveis foram identificados: um com energia Et1 = Ev +0.08eV e seção de choque de captura de lacunas sp1 = 4×10−15 cm2 ; e outro com energia Et2 = Ev +0.1eV e seção de choque sp2 = 2.5×10−15 cm2. A evolução da concentração destes defeitos com a temperatura para passos de tratamento térmico rápido também foi estudada. O tratamento térmico rápido dessas amostras a temperaturas entre 150 e 200◦C causa o surgimento de um terceiro nível profundo. Para todos os defeitos, uma etapa de forte diminuição na concentração foi identificada a temperaturas em torno de 250 a 300◦C. A variação da taxa de emissão do primeiro nível (Et1 , sp1 ) com o campo elétrico pôde ser descrita utilizando-se, simultaneamente, o efeito Poole-Frenkel e a teoria de tunelamento auxiliado por fônons. O ajuste dos dados experimentais aponta para uma transição de estado de carga do tipo 0/−. Já a taxa de emissão do segundo nível (Et2 , sp2 ) varia com o campo elétrico seguindo apenas a teoria de tunelamento auxiliado por fônons, sendo a transição +/0 a mais provável.

Deep Level Transient Spectroscopy was employed to characterize levels introduced by proton implantation with energies closer to GaAs valence band. Two deep levels were identified: peak 1, with energy Et1 = Ev+0.08eV and hole capture cross section sp1 = 4×10−15 cm2; and peak 2, with energy Et2 = Ev+0.1eV and hole capture cross section sp1 = 2,5×10−15 cm2. Level concentration evolution was also studied using different rapid thermal annealing steps. Another level became evident after annealing steps at the temperature range 150◦C ≤ T ≤ 200◦C. All levels suffered a strong concentration reduction after annealing steps at 250◦C ≤ T ≤ 300◦C. The measured hole emission rate dependence on the electric field for peak 1 could be described using both the Poole-Frenkel effect and the phonon-assisted tunneling theory, pointing to a 0/− charge state model. For peak 2, the behavior observed is completely described by the phonon-assisted tunneling theory, being the +/0 transition the most probable one.