For use in quantitatively modeling the growth of gold-seeded semiconductor nanowires in the vapor-liquid-solid mode, we calculate the difference of chemical potential between a liquid melt formed of group III and group V atoms dissolved in gold and the corresponding solid III-V binary compound. Fits to our results are provided for seven compounds as simple polynomials of the concentrations in the III-V-Au liquid and temperature. We find that the difference of chemical potential increases with the group III and group V concentrations, decreases with increasing temperature, and can easily reach several hundreds of meV per III-V pair. We discuss these values and variations in the light of published experimental results, in particular as regards the crystalline structure adopted by the nanowires during growth.

1.
M.
Koguchi
,
H.
Kakibayashi
,
M.
Yasawa
,
K.
Hiruma
, and
T.
Katsuyama
,
Jpn. J. Appl. Phys., Part 1
31
,
2061
(
1992
).
3.
A. I.
Persson
,
M. W.
Larsson
,
S.
Stenström
,
B. J.
Ohlsson
,
L.
Samuelson
, and
L. R.
Wallenberg
,
Nature Mater.
3
,
677
(
2004
).
4.
J. C.
Harmand
,
G.
Patriarche
,
N.
Péré-Laperne
,
M. -N.
Mérat-Combes
,
L.
Travers
, and
F.
Glas
,
Appl. Phys. Lett.
87
,
203101
(
2005
).
5.
N.
Wang
,
Y.
Cai
, and
R.
Zhang
,
Mater. Sci. Eng. R.
60
,
1
(
2008
).
6.
K. A.
Dick
,
Prog. Cryst. Growth Charact. Mater.
54
,
138
(
2008
).
7.
R. S.
Wagner
and
W. C.
Ellis
,
Appl. Phys. Lett.
4
,
89
(
1964
).
8.
V. G.
Dubrovskii
,
N. V.
Sibirev
,
G. E.
Cirlin
,
J. C.
Harmand
, and
V. M.
Ustinov
,
Phys. Rev. E
73
,
021603
(
2006
).
9.
I. N.
Markov
,
Crystal Growth for Beginners
(
World Scientific
,
Singapore
,
2003
).
10.
K.
Hiruma
,
M.
Yasawa
,
K.
Haraguchi
,
K.
Ogawa
,
T.
Katsuyama
,
M.
Koguchi
, and
H.
Kakibayashi
,
J. Appl. Phys.
74
,
3162
(
1993
).
11.
S. A.
Dayeh
,
E. T.
Yu
, and
D.
Wang
,
Nano Lett.
7
,
2486
(
2007
).
12.
M. C.
Plante
and
R. R.
LaPierre
,
Nanotechnology
19
,
495603
(
2008
).
13.
H. J.
Joyce
,
Q.
Gao
,
H. H.
Tan
,
C.
Jagadish
,
Y.
Kim
,
M. A.
Fickenscher
,
S.
Perera
,
T. B.
Hoang
,
L. M.
Smith
,
H. E.
Jackson
,
J. M.
Yarrison-Rice
,
X.
Zhang
, and
J.
Zou
,
Nano Lett.
9
,
695
(
2009
).
14.
C.
Sartel
,
D. L.
Dheeraj
,
F.
Jabeen
, and
J. C.
Harmand
,
J. Cryst. Growth
312
,
2073
(
2010
).
15.
S.
Paiman
,
Q.
Gao
,
H. H.
Tan
,
C.
Jagadish
,
K.
Pemasiri
,
M.
Montazeri
,
H. E.
Jackson
,
L. M.
Smith
,
J. M.
Yarrison-Rice
,
X.
Zhang
, and
J.
Zou
,
Nanotechnology
20
,
225606
(
2009
).
16.
K. A.
Dick
,
P.
Caroff
,
J.
Bolinsson
,
M. E.
Messing
,
J.
Johansson
,
K.
Deppert
,
L. R.
Wallenberg
, and
L.
Samuelson
,
Semicond. Sci. Technol.
25
,
024009
(
2010
).
17.
H. J.
Joyce
,
J.
Wong-Leung
,
Q.
Gao
,
H. H.
Tan
, and
C.
Jagadish
,
Nano Lett.
10
,
908
(
2010
).
18.
F.
Glas
,
J. C.
Harmand
, and
G.
Patriarche
,
Phys. Rev. Lett.
104
,
135501
(
2010
).
19.
F.
Glas
,
J. C.
Harmand
, and
G.
Patriarche
,
Phys. Rev. Lett.
99
,
146101
(
2007
).
20.
H.
Shtrikman
,
R.
Popovitz-Biro
,
A.
Kretinin
, and
M.
Heiblum
,
Nano Lett.
9
,
215
(
2009
).
21.
V. G.
Dubrovskii
,
N. V.
Sibirev
,
G. E.
Cirlin
,
A. D.
Bouravleuv
,
Y. B.
Samsonenko
,
D. L.
Dheeraj
,
H. L.
Zhou
,
C.
Sartel
,
J. C.
Harmand
,
G.
Patriarche
, and
F.
Glas
,
Phys. Rev. B
80
,
205305
(
2009
).
23.
I.
Ansara
,
C.
Chatillon
,
H. L.
Lukas
,
T.
Nishizawa
,
H.
Ohtani
,
K.
Ishida
,
M.
Hillert
,
B.
Sundman
,
B. B.
Argent
,
A.
Watson
,
T. G.
Chart
, and
T.
Anderson
,
CALPHAD
18
,
177
(
1994
).
24.
C. -Y.
Yeh
,
Z. W.
Lu
,
S.
Froyen
, and
A.
Zunger
,
Phys. Rev. B
46
,
10086
(
1992
).
25.
C. -Y.
Yeh
,
Z. W.
Lu
,
S.
Froyen
, and
A.
Zunger
,
Phys. Rev. B
45
,
12130
(
1992
).
26.
G. B.
Stringfellow
,
J. Phys. Chem. Solids
33
,
665
(
1972
).
27.
J. H.
Hildebrand
and
R. L.
Scott
,
Solubility of Nonelectrolytes
, 3rd ed. (
Reinhold
,
New York
,
1949
).
28.
M. J.
Assael
,
K.
Kakosimos
,
R. M.
Banish
,
J.
Brillo
,
I.
Egry
,
R.
Brooks
,
P. N.
Quested
,
K. C.
Mills
,
A.
Nagashima
,
Y.
Sato
, and
W. A.
Wakeham
,
J. Phys. Chem. Ref. Data
35
,
285
(
2006
).
29.
W. H.
Hoather
,
Proc. Phys. Soc.
48
,
699
(
1936
).
30.
L.
Wang
,
A.
Xian
, and
H.
Shao
,
High Temp. High Press.
35/36
,
659
(
2003/2007
).
31.
P. J.
McGonigal
and
A. V.
Grosse
,
J. Phys. Chem.
67
,
924
(
1963
).
32.
L.
Wang
,
Q.
Wang
,
A.
Xian
, and
K.
Lu
,
J. Phys.: Condens. Matter
15
,
777
(
2003
);
L.
Wang
,
Q.
Wang
,
A.
Xian
, and
K.
Lu
,
J. Phys.: Condens. Matter
19
,
139001
(
2007
).
33.
In the erratum of Wang et al (Ref. 32), we corrected T2 into T2.
34.
A.
James
and
M.
Lord
,
VNR Index of Chemical and Physical Data
(
Van Nostrand Reinhold
,
New York
,
1992
).
35.
M.
Tchernycheva
,
L.
Travers
,
G.
Patriarche
,
F.
Glas
,
J. -C.
Harmand
,
G. E.
Cirlin
, and
V. G.
Dubrovskii
,
J. Appl. Phys.
102
,
094313
(
2007
).
36.
D. L.
Dheeraj
,
G.
Patriarche
,
H.
Zhou
,
T. B.
Hoang
,
A. F.
Moses
,
S.
Grønsberg
,
A. T. J.
van Helvoort
,
B. -O.
Fimland
, and
H.
Weman
,
Nano Lett.
8
,
4459
(
2008
).
37.
L. E.
Fröberg
,
B. A.
Wacaser
,
J. B.
Wagner
,
S.
Jeppesen
,
B. J.
Ohlsson
,
K.
Deppert
, and
L.
Samuelson
,
Nano Lett.
8
,
3815
(
2008
).
38.
J.
Johansson
,
L. S.
Karlsson
,
K. A.
Dick
,
J.
Bolinsson
,
B. A.
Wacaser
,
K.
Deppert
, and
L.
Samuelson
,
Cryst. Growth Des.
9
,
766
(
2009
).
39.
R. A.
Burke
,
X.
Weng
,
M. -W.
Kuo
,
Y. -W.
Song
,
A. M.
Itsuno
,
T. S.
Mayer
,
S. M.
Durbin
,
R. J.
Reeves
, and
J. M.
Redwing
,
J. Electron. Mater.
39
,
355
(
2010
).
40.
T. M.
Massalski
,
Binary Alloy Phase Diagrams
(
American Society for Metals
,
Metals Park, OH
,
1986
), Vol.
1
.
41.
C.
Chatillon
,
F.
Hodaj
, and
A.
Pisch
,
J. Cryst. Growth
311
,
3598
(
2009
).
42.
A. D.
Gamalski
,
J.
Tersoff
,
R.
Sharma
,
C.
Ducati
, and
S.
Hofmann
,
Nano Lett.
10
,
2972
(
2010
).
43.
P.
Caroff
,
K. A.
Dick
,
J.
Johansson
,
M. E.
Messing
,
K.
Deppert
, and
L.
Samuelson
,
Nature Nanotechnol.
4
,
50
(
2009
).
44.
J.
Johansson
,
L. S.
Karlsson
,
C. P. T.
Svensson
,
T.
Mårtensson
,
B. A.
Wacaser
,
K.
Deppert
,
L.
Samuelson
, and
W.
Seifert
,
Nature Mater.
5
,
574
(
2006
).
45.
R. E.
Algra
,
M. A.
Verheijen
,
M. T.
Borgström
,
L. -F.
Feiner
,
G.
Immink
,
W. J. P.
van Enckevort
,
E.
Vlieg
, and
E. P. A. M.
Bakkers
,
Nature (London)
456
,
369
(
2008
).
You do not currently have access to this content.