We study the femtosecond carrier dynamics of n-type doped and biaxially strained Ge-on-Si films which occurs upon impulsive photoexcitation by means of broadband near-IR transient absorption spectroscopy. The modeling of the experimental data takes into account the static donor density in a modified rate equation for the description of the temporal recombination dynamics. The measurements confirm the negligible contribution at a high n-type doping concentration, in the 1019 cm−3 range, of Auger processes as compared to defect-related Shockley-Read-Hall recombination. Energy resolved dynamics reveal further insights into the doping-related band structure changes and suggest a reshaping of direct and indirect conduction band valleys to a single effective valley along with a significant spectral broadening of the optical transitions.

1.
J.
Liu
,
X.
Sun
,
D.
Pan
,
X.
Wang
,
L. C.
Kimerling
,
T. L.
Koch
, and
J.
Michel
,
Opt. Express
15
,
11272
(
2007
).
2.
J.
Liu
,
X.
Sun
,
L. C.
Kimerling
, and
J.
Michel
,
Opt. Lett.
34
,
1738
(
2009
).
3.
X.
Sun
,
J.
Liu
,
L. C.
Kimerling
, and
J.
Michel
,
Opt. Lett.
34
,
1198
(
2009
).
4.
X.
Sun
,
J.
Liu
,
L. C.
Kimerling
, and
J.
Michel
,
Appl. Phys. Lett.
95
,
011911
(
2009
).
5.
J.
Liu
,
X.
Sun
,
R.
Camacho-aguilera
,
C.
Lionel
,
L. C.
Kimerling
, and
J.
Michel
,
Opt. Lett.
35
,
679
(
2010
).
6.
M.
Virgilio
,
C. L.
Manganelli
,
G.
Grosso
,
G.
Pizzi
, and
G.
Capellini
,
Phys. Rev. B
87
,
235313
(
2013
).
7.
J. M.
Escalante
,
Opt. Mater.
79
,
420
(
2018
).
8.
P.
Boucaud
,
M.
El Kurdi
,
A.
Ghrib
,
M.
Prost
,
M.
de Kersauson
,
S.
Sauvage
,
F.
Aniel
,
X.
Checoury
,
G.
Beaudoin
,
L.
Largeau
,
I.
Sagnes
,
G.
Ndong
,
M.
Chaigneau
, and
R.
Ossikovski
,
Photonics Res.
1
,
102
(
2013
).
9.
R.
Geiger
,
T.
Zabel
, and
H.
Sigg
,
Front. Mater.
2
,
52
(
2015
).
10.
G.
Capellini
,
C.
Reich
,
S.
Guha
,
Y.
Yamamoto
,
M.
Lisker
,
M.
Virgilio
,
A.
Ghrib
,
M.
El Kurdi
,
P.
Boucaud
,
B.
Tillack
, and
T.
Schroeder
,
Opt. Express
22
,
399
(
2014
).
11.
A.
Elbaz
,
M.
El Kurdi
,
A.
Aassime
,
S.
Sauvage
,
X.
Checoury
,
I.
Sagnes
,
C.
Baudot
,
F.
Boeuf
, and
P.
Boucaud
,
APL Photonics
3
,
106102
(
2018
).
12.
S.
Bao
,
D.
Kim
,
C.
Onwukaeme
,
S.
Gupta
,
K.
Saraswat
,
K. H.
Lee
,
Y.
Kim
,
D.
Min
,
Y.
Jung
,
H.
Qiu
,
H.
Wang
,
E. A.
Fitzgerald
,
C. S.
Tan
, and
D.
Nam
,
Nat. Commun.
8
,
1845
(
2017
).
13.
G.
Capellini
,
M.
De Seta
,
P.
Zaumseil
,
G.
Kozlowski
, and
T.
Schroeder
,
J. Appl. Phys.
111
,
073518
(
2012
).
14.
N.
Higashitarumizu
and
Y.
Ishikawa
,
Opt. Express
25
,
21286
(
2017
).
15.
R.
Koerner
,
M.
Oehme
,
M.
Gollhofer
,
M.
Schmid
,
K.
Kostecki
,
S.
Bechler
,
D.
Widmann
,
E.
Kasper
, and
J.
Schulze
,
Opt. Express
23
,
14815
(
2015
).
16.
L.
Huldt
,
Phys. Status Solidi
8
,
173
(
1971
).
17.
N. G.
Nilsson
,
Phys. Scr.
8
,
165
(
1973
).
18.
E.
Gaubas
and
J.
Vanhellemont
,
J. Electrochem. Soc.
154
,
H231
(
2007
).
19.
T. T.
Yeh
,
H.
Shirai
,
C. M.
Tu
,
T.
Fuji
,
T.
Kobayashi
, and
C. W.
Luo
,
Sci. Rep.
7
,
40492
(
2017
).
20.
S.
Dominici
,
H.
Wen
,
F.
Bertazzi
,
M.
Goano
, and
E.
Bellotti
,
Appl. Phys. Lett.
108
,
211103
(
2016
).
21.
D. S.
Sukhdeo
,
S.
Gupta
,
K. C.
Saraswat
,
B.
Dutt
, and
D.
Nam
,
Opt. Commun.
364
,
233
(
2016
).
22.
M. R.
Barget
,
M.
Virgilio
,
G.
Capellini
,
Y.
Yamamoto
,
T.
Schroeder
,
M. R.
Barget
,
M.
Virgilio
,
G.
Capellini
, and
Y.
Yamamoto
,
J. Appl. Phys.
121
,
245701
(
2017
).
23.
S. A.
Srinivasan
,
C.
Porret
,
M.
Pantouvaki
,
Y.
Shimura
,
P.
Geiregat
,
R.
Loo
,
J.
Van Campenhout
, and
D.
Van Thourhout
,
Appl. Phys. Lett.
113
,
161101
(
2018
).
24.
R.
Geiger
,
J.
Frigerio
,
M. J.
Süess
,
R. A.
Minamisawa
,
D.
Chrastina
,
G.
Isella
,
R.
Spolenak
,
J.
Faist
, and
H.
Sigg
,
Appl. Phys. Lett.
104
,
062106
(
2014
).
25.
O.
Madelung
,
Semiconductors: Data Handbook
(
Springer, Berlin, Heidelberg
,
2004
), ISBN: 978-3-642-18865-7.
26.
A.
Grupp
,
A.
Budweg
,
M. P.
Fischer
,
J.
Allerbeck
,
G.
Soavi
,
A.
Leitenstorfer
, and
D.
Brida
,
J. Opt.
20
,
014005
(
2018
).
27.
B.
Mayer
,
C.
Schmidt
,
J.
Bühler
,
D. V.
Seletskiy
,
D.
Brida
,
A.
Pashkin
, and
A.
Leitenstorfer
,
New J. Phys.
16
,
063033
(
2014
).
28.
L.
Carroll
,
P.
Friedli
,
S.
Neuenschwander
,
H.
Sigg
,
S.
Cecchi
,
F.
Isa
,
D.
Chrastina
,
G.
Isella
,
Y.
Fedoryshyn
, and
J.
Faist
,
Phys. Rev. Lett.
109
,
057402
(
2012
).
29.
D. T.
Stevenson
and
R.
Keyes
,
J. Appl. Phys.
26
,
190
(
1955
).
30.
E.
Gaubas
and
J.
Vanhellemont
,
Appl. Phys. Lett.
89
,
142106
(
2006
).
31.
X. Q.
Zhou
,
H. M.
Van Driel
, and
G.
Mak
,
Phys. Rev. B
50
,
5226
(
1994
).
32.
G.
Mak
and
W. W.
Rühle
,
Phys. Rev. B
52
,
R11584(R)
(
1995
).
33.
R.
Camacho-Aguilera
,
Z.
Han
,
Y.
Cai
,
L. C.
Kimerling
, and
J.
Michel
,
Appl. Phys. Lett.
102
,
152106
(
2013
).
34.
G.
Grzybowski
,
R.
Roucka
,
J.
Mathews
,
L.
Jiang
,
R. T.
Beeler
,
J.
Kouvetakis
, and
J.
Menéndez
,
Phys. Rev. B
84
,
205307
(
2011
).
35.
R.
Conradt
and
J.
Aengenheister
,
Solid State Commun.
10
,
321
(
1972
).
36.
J.
Frigerio
,
A.
Ballabio
,
G.
Isella
,
E.
Sakat
,
G.
Pellegrini
,
P.
Biagioni
,
M.
Bollani
,
E.
Napolitani
,
C.
Manganelli
,
M.
Virgilio
,
A.
Grupp
,
M. P.
Fischer
,
D.
Brida
,
K.
Gallacher
,
D. J.
Paul
,
L.
Baldassarre
,
P.
Calvani
,
V.
Giliberti
,
A.
Nucara
,
M.
Ortolani
,
G.
Pellegrini
,
P.
Biagioni
,
C.
Manganelli
,
V.
Giliberti
, and
J.
Frigerio
,
Phys. Rev. B
94
,
085202
(
2016
).
37.
J.
Vanhellemont
and
E.
Simoen
,
Mater. Sci. Semicond. Process.
15
,
642
(
2012
).
You do not currently have access to this content.