Rev. Phys. Appl. (Paris) 22, 1459-1467 (1987)
DOI: 10.1051/rphysap:0198700220110145900

Croissance par épitaxie en phase liquide et caractérisation d'alliages Ga1-xIoxAsySb1-y à paramètre de maille accordé sur celui de GaSb

F. Karouta, H. Mani, J. Bhan, Fan Jia Hua et A. Joullie

Equipe de Microoptoélectronique de Montpellier (EM2) UA CNRS 392, Université des Sciences et Techniques du Languedoc, 34060 Montpellier Cedex, France

Abstract
The Ga1-xInxAsy Sb1-y solid solution was grown by liquid phase epitaxy on GaSb substrate oriented (100) and (111)B, in the composition range x ≤ 0.22 (y ≤ 0.20 ). The experimental conditions of layer growth with a lattice-mismatch less than 10-3 are given, and compared with the DLPOC model of phase diagram calculation. It is shown that the limitation x < 0.22 arises from the existence of a miscibility gap of the solid phase, no LPE growth could be performed inside this miscibility gap. The GaSb-lattice-matched Ga1-xIn xAsySb1-y epilayers are uniform with a smooth and shiny (100) surface, and a slightly rippled and shiny (111)B surface. They show EPD ˜ 5 x 104 cm -2 and high residual doping (NA - ND) ˜ 1 x 1017 cm-3. The variations with x of the energy gap E0 and the spin orbit splitting Δ0 of the lattice-matched Ga1-xInxAs ySb1-y layers were determined by the electroreflectance method, at 300 K and 77 K. Due to miscibility gap, useful wavelengths at 300 K are in the range : 1.7-2.4 μm and 4.3-4.5 μm and at 77 K : 1.55-2.06 and 3.5-3.6 μm.

Résumé
La solution solide Ga1-xInxAs ySb1-y a été cristallisée par la technique d'épitaxie en phase liquide sur substrat GaSb orienté (100) et (111)B dans la gamme de composition x ≤ 0,22 (y ≤ 0,20). Les conditions expérimentales de croissance de couches accordées à mieux que 10-3 sont fournies, et comparées à des prévisions théoriques basées sur le modèle DLPOC de calcul du diagramme d'équilibre des phases. Il est montré que la limitation à x = 0,22 provient de l'existence d'une lacune de miscibilité de la phase solide, aucune croissance EPL à l'intérieur de cette lacune n'ayant pu se réaliser. Les couches de Ga1- xInxAsySb1- y accordées sur GaSb sont uniformes et à surface lisse et brillante (cas (100)), légèrement ondulée et brillante (cas (111B): Leur taux de dislocations (EPD) est environ 5 x 104 cm-2, le dopage résiduel est élevé p ˜ 1 x 1017 cm-3. L'évolution avec la composition de l'énergie de transition de bande interdite E 0 et de la séparation spin-orbite Δ0 des couches accordées a été déterminée à partir de mesures d'électroréflexion à 300 K et à 77 K. Par suite des limitations imposées par la lacune de miscibilité, les applications de l'alliage Ga1-xInxAs ySb1-y sont réservées, à 300 K, aux domaines de longueurs d'onde 1,7-2,4 μm et 4,3-4,5 μm, et à 77 K aux domaines 1,55-2,06 μm et 3,5-3,6 μm.

PACS
6855 - Thin film growth, structure, and epitaxy.
7820J - Electro optical effects condensed matter.
8115L - Deposition from liquid phases melts and solutions.
0510D - Epitaxial growth.
2520D - II VI and III V semiconductors.

Key words
gallium arsenide -- III V semiconductors -- indium antimonide -- liquid phase epitaxial growth -- semiconductor epitaxial layers -- semiconductor growth -- spin orbit interactions -- semiconductor -- dislocation density -- growth -- lattice matched -- liquid phase epitaxy -- miscibility gap -- epilayers -- residual doping -- energy gap -- spin orbit splitting -- electroreflectance -- Ga sub 1 x In sub x As sub y Sb sub 1 y solid solution -- GaSb substrates -- GaInAsSb GaSb