INSTABILITY CRITERIA IN TERNARY AND QUATERNARY I I I-V EPITAXIAL SOLID SOLUTIONS

Résumé
On considère la présence de domaines d'instabilité dans le diagramme de phase de solutions solides épitaxiales de composés III-V ternaires et quaternaires. On étudie d'abord le terme d'énergie élastique dont il faut tenir compte dans l'énergie libre de Gibbs d'une couche épitaxiale contrainte et on calcule la grandeur de ce terme pour les composés III-V binaires. On examine ensuite les composés ternaires et on montre que les contraintes induites par le substrat stabilisent les matériaux dont on attendrait un comportement instable dans le modèle de solution régulière. On applique enfin aux composés quaternaires un critère de stabilité fondé sur la courbure totale de la surface décrivant l'énergie libre en fonction de la composition. Comme dans le cas précédent, l'épitaxie d'une solution solide instable sur un substrat, adapté a pour effet de la rendre au moins métastable.

Abstract
We consider the presence of instability domains in the phase diagram of epitaxial solid solutions of ternary and quaternary III-V compounds. We first study the elastic energy term in the Gibbs free energy of a strained epitaxial layer and we give the magnitude of this term for the III-V binary compounds. We then examine ternary compounds and we show that strains induced by a substrate make stable the materials which would be expected unstable in the regular solution model. We finally apply to quaternary compounds a stability criterion based on the total. curvature of the surface describing the free energy as a function of composition. Here again, the epitaxy of an unstable solid solution on a lattice-matched substrate makes it at least metastable.