The phase extent of GaAs has been analyzed and compared with published phase diagrams as related to total and partial point defect equilibria including charged and uncharged Frenkel, Schottky, antisite defects and substitutional carbon and boron on both sublattices.
The well-known transition between semiconducting and semi-insulating behaviour at 300 K as a function of melt stoichiometry in LEC crystals can be reproduced in our model in which complete equilibrium exists above, only electronic equilibrium below a freeze-in temperature of 1100 K.
The corresponding model standard enthalpy of formation of neutral Schottky defects is 4.0 eV, of a pair of neutral uncorrelated antisite defects 3.8 eV, of neutral Ga Frenkel defects 4.1 eV and of neutral As Frenkel defects 3.6 eV.
Defect reactions in cooling processes after crystal growth are discussed and shown to be quite different for crystals with high or low, dislocation density. Semi-insulating behaviour requires the existence of carbon acceptors if dislocations provide internal sources and sinks for point defects. For ideal crystals carbon would not be necessary.
The possible site distribution of C and B is analyzed in its dependence on temperature and chemical potential of As.
Constitutional supercooling is negligible in LEC growth. Macrosegregation is severe if the As fraction in the melt deviates more than k0.02 from the stoichiometric value 0.5.
Der Stochiometriebereich von
GaAs wurde analysiert und verglichen mit publizierten Phasendiagrammen in Bezug auf totale und partielle Defektgleichgewichte, wobei geladene und ungeladene Frenkel-, Schottky-und Antistrukturdefekte und Substitutionseinlagerung von Kohlenstoff und Bor auf beiden Untergittern berucksichtigt wurden. Der wohlbekannte Halbleiter-Halbisolator obergang bei Wechsel der Schmelzenstochiometrie bei LEC Kristallen kann in unserem Modell reproduziert werden, wobei totales Gleichgewicht oberhalb, rein elektronisches Gleichgewicht unterhalb einer Einfriertemperatur von 1100 K angenommen wurde. Der entsprechende Standardwert der Bildungsenthalpie betragt fur neutrale Schottkydefekte 4,O eV, fur ein Paar neutraler, unkorrelierter Antistrukturdefekte 3,8 eV, fur neutrale Ga Frenkeldefekte 4,l eV und fur neutrale As Frenkeldefekte 3,6 eV. Beim Abkuhlen des Kristalls nach der Zuchtung hangen die Defektreaktionen von der Versetzungsdichte ab. Falls Versetzungen Quellen und Senken fur die Gleichgewichtseinstellung der Punktdefekte bereitstellen, erhalt man semi-isolierendes Verhalten erst bei Anwesenheit von Kohlenstoff als Akzeptor. Bei Idealkristallen ware Kohlenstoff nicht notwendig. Es wird gezeigt, wie sich C und B in Abhangigkeit von Temperatur und chemischem Potential von As auf die Untergitter aufteilen.
Konstitutionelle Unterkuhlung ist vernachlassigbar beim LEC-Verfahren. Starke Makrosegregation ist zu erwarten, wenn der As Bruchteil in der Schmelze mehr als *0,02 vom stochiometrischen Wert 0,5 abweicht.