Defect Analysis on GaAs Crystals by Precision Measurements of Density and Lattice Parameter

Undoped semi‐insulating GaAs crystals grown by LEC with different As fractions, y, in the Ga1−yAsy(l) melt (0.45 < y < 0.51) and Si, Te, and Zn doped GaAs crystals are analyzed by precision measurements for density, d, lattice parameter, a, and molar mass, M. Density and lattice parameter are nearly independent of melt composition in undoped crystals: d = (5.3165 ± 0.0003) g cm−3, a = (565.368 ± 0.001) pm. Molar mass M(GaAs) is determined from the known atomic mass M(As) of mononuclidic As and from determination of the molar mass M(Ga) of gallium. Precision neutron backscattering experiments indicate a relative decrease of the lattice parameter of 10−6 from y = 0.48 to 0.50. The X‐ray density can be derived from a by using MGa = (69.723 56 ± 0.00038) g mol−1, MAs = (74.921 59 ± 0.000 02) g mol−1, and the Loschmidt‐Avogadro number L = (6.022 1341± 0.66 × 10−6) × 1023 mol−1: d(X‐ray) = (5.316 ± 0.001) g cm−3. By comparing d and d(X‐ray) and assuming a boron concentration [BGa] = 10−6 B per sublattice site (2 × 1016 cm −3) one can derive a maximum surplus of native interstitial defects over vacancy defects of about 5 × 10−5 defects per sublattice site (1018 defects/cm3). Antisite defects GaAs and AsGa could exist in still higher concentration. Undotierte, semiisolierende LEC‐GaAs‐Kristalle mit verschiedenem As‐Gehalt y, in der Ga1−yAsy(l)‐Schmelze (0,45 < y < 0,51), sowie Si‐, Te‐ und Zn‐dotierte GaAs‐Kristalle werden mittels Präzisionsmessungen der Dichte d, des Gitterparameters a, und der molaren Masse M analysiert. Für undotierte Kristalle sind die Dichte und der Gitterparameter nahezu unabhängig von der Stöchiometrie der Schmelze: d = (5,3165 ± 0.0003) g cm−3, a = (565,368 ± 0,001) pm. Höchstpräzise Neutronenrückstreuexperimente deuten auf eine relative Gitterparameterabnahme von 10−6 im Bereich y = 0,48 bis 0,50 hin. Mit den Annahmen MGa = (69,723 56 ± 0,00038) g mol−1, MAs = (74,921 59 ± 0.00002) g · mol−1 und die Loschmidt‐Avogadro‐Zahl L = (6,0221341 ± 0,66 × 10−6) × 1023 mol−1 läßt sich die Röntgendichte mit dem Gitterparameter a berechnen: d (Röntgen) = (5,316 ± 0,001) g cm−3. Bei einer Borkonzentration [BGa] = 10−6 B pro Untergitterplatz (2 × 1016 cm −3) kann durch Vergleich von d und d (Röntgen) ein maximaler Überschuß von 5 × 10−5 Zwischengittereigendefekten pro Untergitterplatz (1018 Defekte/cm3) gegenüber Leerstellendefekten abgeschätzt werden. Antisitedefekte, d. h. GaAs und AsGa, könnten sogar mit höherer Konzentration vorliegen.