Die Änderung von Konzentration und Beweglichkeit der Ladungsträger in GaAs bei Bestrahlung mit Protonen

Abstract

Durch Messung der Leitfähigkeit und des Hall-Effekts wurde die Abnahme der Konzentration und der Beweglichkeit der Ladungsträger in n- und p-GaAs bei Bestrahlung mit 3 MeV-Protonen untersucht. Gemessen wurde die Abhängigkeit von der Bestrahlungsdosis und von der Ausgangsdotierung (n₀=5 · 10¹⁵— 3 · 10¹⁸ cm^-3, p₀= 2 · 10¹⁷ – 8 · 10¹⁸ cm^-3). Die Träger-Vernichtungsrate erweist sich dabei als stark abhängig von der Lage des Fermi-Niveaus und von der Vorbestrahlung. Die kleinsten noch meßbaren Trägerkonzentrationen lagen bei n ≈ 10⁹ cm^-3 und p ≈ 10¹⁰ cm ^-3, entsprechend einer Leitfähigkeit von 10^-7 Ω^-1 cm^-1. Diese Meßgrenze wird offenbar durch leitende Oberflächenschichten bestimmt. Die Extrapolation der Meßergebnisse läßt aber erwarten, daß bei fortgesetzter Bestrahlung die Trägerkonzentration von p-GaAs (Cd dotiert) sich einem Grenzwert p* ≈ 1 · 10⁹ cm^-3 nähert und daß n-GaAs zu p-GaAs konvertiert und denselben Grenzwert erreicht (E_F* E_V+0,58 eV). Die Elektronenbeweglichkeit nimmt bei Bestrahlung monoton ab bis ca. 10^-2 des Ausgangswertes. Die Löcherbeweglichkeit durchläuft dagegen ein Minimum. Wie die Analyse der Ergebnisse zeigt, müssen durch Bestrahlung in GaAs sowohl Donatoren als auch Akzeptoren erzeugt werden, und zwar in einer innerhalb etwa 0,1 eV quasikontinuierlichen Verteilung, wobei diese Verteilung jeweils von der nächstgelegenen Bandkante bis zu einem Abstand von mindestens 0,50 eV von dieser reicht.