Blockade of free carriers by hopping carriers leading to the low-frequency current oscillations in semi-insulating GaAs

Abstract

Semi-insulating GaAs samples show low-frequency current oscillations ͑LFO͒ under high dc voltage. These spontaneous oscillations are caused by traveling high-electric-field domains and can be explained based on the well-accepted model of electron trapping in deep levels by multiphonon emission processes. This paper aims to explain today the most important open question about LFO, namely, the cause of the very slow propagation of the domain resulting in the low frequencies. Our claim is that hopping conduction acts as a low mobility barrier for the free carriers leading to the formation of the electric-field domains. The barrier blocks, through a Coulomb shield, the flow of the high mobility free carriers leading to a charge accumulation, which produces the current pulse in the external circuit when the domain reaches the anode where it is destroyed. LFO occurs, therefore, only in the regime of band and hopping mixed conduction mechanisms.

High field electron dynamics in dilute nitride Ga(AsN)

“…When the bias is then returned to a low value ͑V Ͻ 0.1 V͒, the low bias conductivity recovers only very slowly, i.e., the current increases slowly with time until it saturates to a steady value I 0 according to the relation I = I 0 ͑1−e −t/ ͒, where is a characteristic T-dependent recovery time, see Fig. Spatial variations in the density of trapped electrons also lead to slow high-electric-field domains and LFOs of the current with frequency that increases linearly with the intensity of laser power, 19,20 as observed in our experiment ͑Fig. Alternatively, the conductivity can be restored quickly by light of wavelength exc Ͻ 1400 nm.…”

Research of the Contact Pads Topology Influence on the Parameters Reproducibility of the Current Oscillations in Mesa-Planar Structures Based on Semi-Insulatinggallium Arsenide

“…Компенсированный GaAs является средой, в которой в сильных электрических полях в результате захвата электронов глубокими примесными центрами в объеме кристалла также возможно образование динамической неоднородности электрического поля и пространственного заряда, сопровождающееся колебаниями тока во внешней электрической цепи [4][5][6]. Значения амплитуды и частоты токовых колебаний, наблюдавшихся в работе [7], а также зависимости тока от напряжения, частоты токовых колебаний от интенсивности засветки активной полупроводниковой области оптическим излучением в диапазоне длин волн, соответствующем собственному поглощению GaAs, и отсутствие частотной зависимости от величины сопротивления нагрузочного резистора позволяют утверждать, что данный вид неустойчивости связан с неустойчивостью пространственного заряда в исследуемой структуре и относится к классу рекомбинационных неустойчивостей [5,6].…”