Rev. Phys. Appl. (Paris) 24, 71-78 (1989)
DOI: 10.1051/rphysap:0198900240107100

Composés métalliques de nickel et gallium sur GaAs par codéposition en ultravide

Y. Ballini, A. Guivarc'h, J. Caulet, A. Chomette et B. Le Merdy

CNET LAB/OCM/MPA, BP 40, F-22301, Lannion Cedex, France

Abstract
We have studied the codeposition of thin layers of nickel and gallium on (001) and (111) GaAs substrates in order to epitaxy metallic compounds, thermodynamically stable if possible, on GaAs. The codepositions were made in a molecular beam epitaxy (MBE) growth chamber equipped with a Ni electron beam evaporation source. Four techniques have been used to control the composition : two ex situ, Rutherford backscattering (RBS) with 2 MeV He+ ions (which served as a reference) and X-ray analysis in a scanning electron microscope, and two in situ : X-ray and ultraviolet photoemission spectroscopies (XPS and UPS). The UPS controls have used the evolution of the valence band shape as a function of composition and the chemical shift of the Ga3d doublet due to the charge transfer between Ni and Ga. The deposited layers have been characterized by X-ray diffraction in a θ-2θ powder goniometer equipped with a monochromator. The electrical characterization (R □) and the characterization of He+ channeling (χ min) show that the resistivity and the χmin are the lowest for the best textured layers, which correspond to the compounds NiGa and Ni2Ga3. These compounds have conductivities of the same order as transition metals silicides.

Résumé
Nous avons étudié la codéposition de couches minces de nickel et de gallium sur des substrats de GaAs (001) et GaAs (111) dans la perspective d'une épitaxie d'un composé métallique, si possible thermodynamiquement stable. Les codépôts ont été réalisés à température ambiante dans un bâti d'épitaxie par jets moléculaires équipé d'un canon à électrons pour l'évaporation du nickel. Quatre techniques ont été mises en oeuvre pour contrôler la composition ; deux ex situ : la rétrodiffusion d'ions He+ de 2 MeV (RBS), qui nous a servi de référence, et l'analyse X dans un microscope électronique à balayage ; et deux in situ : les spectroscopies de photo-émission électronique X et UV (XPS et UPS). En UPS nous avons utilisé d'une part l'évolution de la forme de la bande de valence en fonction de la composition, d'autre part le déplacement chimique du doublet Ga3d par rapport au niveau de Fermi dû au transfert de charge entre Ni et Ga. Les couches déposées ont été caractérisées par diffraction X sur goniomètre à poudre θ-2θ équipé d'un monochromateur arrière. Les caractérisations électriques ( R□) et par canalisation d'ions He+ (χ min) montrent que la résistivité est minimale et la canalisation maximale pour les couches les mieux texturées, correspondant aux composés définis NiGa et Ni2Ga3. Ces composés ont des conductivités du même ordre de grandeur que les siliciures de métaux de transition.

PACS
6855 - Thin film growth, structure, and epitaxy.
8115G - Vacuum deposition.
6822 - Surface diffusion, segregation and interfacial compound formation.
7960G - Photoelectron spectra of composite surfaces.
7340N - Electrical properties of metal nonmetal contacts.

Key words
channelling -- electron beam deposition -- gallium -- gallium arsenide -- III V semiconductors -- molecular beam epitaxial growth -- nickel -- semiconductor metal boundaries -- ultraviolet photoelectron spectra -- X ray diffraction examination of materials -- X ray photoelectron spectra -- semiconductor -- metallic epitaxial layers -- interfacial compound formation -- ultrahigh vacuum -- codeposition -- molecular beam epitaxy -- electron beam evaporation -- Rutherford backscattering -- X ray analysis -- scanning electron microscope -- XPS -- UPS -- valence band -- chemical shift -- charge transfer -- X ray diffraction -- resistivity -- conductivities -- He sup + channeling -- NiGa -- Ni sub 2 Ga sub 3 -- GaAs Ni -- GaAs Ga -- GaAs