Rev. Phys. Appl. (Paris) 19, 311-318 (1984)
DOI: 10.1051/rphysap:01984001904031100

Thermodynamic analysis of the short-range clustering in III V solid solutions

A. Marbeuf¹ et J.C. Guillaume<sup>2

1</sup>  CNRS, Laboratoire de Physique des Solides, 1, place A. Briand, 92195 Meudon, France
²  CNRS, Laboratoire de Physique du Solide et de l'Energie solaire, rue B. Grégory, Sophia Antipolis, 06560 Valbonne, France

Abstract
An extension of the « D.L.P. » theory of Stringfellow taking clustering into account has been applied both to pseudobinary, pseudoternary and pseudoquaternary III V alloys. For alloys with two sites sublattices, this clustering tendency is introduced in each sublattice of the zinc blende through a positive short-range order parameter αi-j depending on temperature and composition. It is shown that clustering increases in the GaxIn 1-xX serie (X = Sb, As, P) from the antimonide (αGa-In(1/2, 700°C) = 0.04) to the phosphide (αGa-In(1/2, 700°C) = 0.08) whereas GaASyP1-y and mainly InAs yP1-y have quite random As-P distribution. For pseudoquaternaries the model predicts a linear variation of α i-j versus the composition of the other sublattice. The calculated miscibility gaps are in good agreement with known experimental results for GaxIn1- xP and GaxIn1-xAs yP1-y (the critical temperatures are respectively 750 and 880 °C), whereas the model does not explain an asymmetrical shape of miscibility gap as in the case of GaAsySb 1-y if the excess entropy reduces only to a configurational one.

Résumé
Une généralisation du formalisme « D.L.P. » de Stringfellow prenant en compte la tendance aux amas a éié appliquée à la fois aux alliages pseudobinaires, pseudoternaires et pseudoquaternaires III V. Pour les alliages où les sous-réseaux sont à deux sites, cette tendance est traduite, pour chaque sous-réseau de la « blende de zinc » par un paramètre d'ordre à courte distance α i-j positif, dépendant de la température et de la composition. Les valeurs obtenues pour αGa-In démontrent que, pour la série GaxIn1-xX (X = Sb, As, P), la tendance s'accroît lorsque l'on passe de Sb(α Ga-In(1/2, 700°C) = 0,04) à P (αGa-In(1/2, 700°C) = 0,08), tandis que InAsyP1-y, et dans une moindre mesure GaAsyP1 -y, comportent une répartition aléatoire des atomes As et P. Pour un pseudoquaternaire, le modèle prévoit une variation linéaire de αi-j avec la composition de l'autre sous-réseau. Les lacunes de miscibilité calculées sont en accord avec les résultats expérimentaux connus pour GaxIn1- xP et GaxIn1-xAs yP1-y : les températures critiques sont respectivement 750 °C et 880 °C. Par contre le modèle ne peut expliquer une lacune de miscibilité à forme asymétrique comme dans le cas de GaAs ySb1-y si l'entropie d'excès se réduit à une entropie de configuration.

PACS
6475 - Solubility, segregation, and mixing.
6550 - Thermodynamic properties and entropy.

Key words
cluster approximation -- entropy -- gallium arsenide -- gallium compounds -- III V semiconductors -- indium antimonide -- indium compounds -- short range order -- solid solubility -- thermodynamics -- Ga sub x In sub 1 x Sb -- Ga sub x In sub 1 x As -- Ga sub x In sub 1 x P -- semiconductors -- short range clustering -- DLP theory -- pseudobinary -- pseudoternary -- pseudoquaternary -- III V alloys -- zinc blende -- positive short range order parameter -- GaAs sub y P sub 1 y -- InAs sub y P sub 1 y -- Ga sub x In sub 1 x As sub y P sub 1 y -- miscibility gap -- excess entropy