Determination of Nitrogen Concentration in GaP Epitaxial Layers by Two Independent Methods

The nitrogen concentration in GaP is determined by optical absorption in the A-line at T = 77 K. The concentration of the isolated nitrogen atoms is given for T = 77 K by the modified LIGHTOWLERS' relation [NA] cm−3 = 8.2 · 1014phαmax, where α is measured in cm−3, h in meV. p is a dimensionless line shape factor. It is shown that at higher N concentrations considering only the A-line absorption the impurity density is underestimated because the nitrogen atoms included in NNi pairs give no contribution to the absorption. The measurements have been made in the range from [N] = 5 · 1016… 1019 cm−3 in layers grown by vapour phase epitaxy. The results are compared with nitrogen concentrations obtained by precision lattice parameter measurements. The change of the lattice parameter is calculated using VEGARD's law. The good agreement between the nitrogen densities obtained by two different independent methods reveals (i) that the LIGHTOWLERS' calibration factor is valid also at higher N-concentrations and (ii) that the nitrogen atoms are predominantly incorporated into P-lattice sites. Die Stickstoffkonzentration in GaP-Epitaxieschichten wird aus der optischen Absorption bei 77 K unter Verwendung der A-Linie bestimmt. Die Konzentration an isolierten Stickstoffatomen erhalt man bei 77 K aus der modifizierten LIGHTOWLERS'schen Beziehung [NA] (cm−3) = 8,2 · 1014 phαmax, worin p ein dimensionsloser Linienformfaktor ist. Es wird gezeigt, das bei hoheren Stickstoffkonzentrationen die Berucksichtigung der A-Linien-Absorption allein zu niedrige Werte liefert, weil die Absorption von NNi-Paaren keinen Beitrag dazu liefert. Die Messungen wurden an Gasphasenepitaxieschichten im Konzentrationsbereich 5 · 1016 cm−3 ≦ [N] ≈ 1019 cm−3 durchgefuhrt. Die Ergebnisse werden mit Stickstoffkonzentrationen verglichen, die unter Verwendung der VEGARD'schen Regel aus Prazisions-Gitterkonstantenbestimmungen erhalten wurden. Aus der guten Ubereinstimmung der mit diesen voneinander unabhangigen Methoden erzielten Ergebnisse wird geschlossen, das die Eichung nach LIGHTOWLERS auch bei hoheren Stickstoffkonzentrationen Gultigkeit besitzt und das die Stickstoffatome uberwiegend auf Platze im P-Untergitter eingebaut werden.