Rev. Phys. Appl. (Paris) 25, 411-422 (1990)
DOI: 10.1051/rphysap:01990002505041100

Métallurgie du système Rh-Ga-As : détermination du diagramme ternaire et interdiffusion en phase solide dans le contact Rh/GaAs

R. Guérin, A. Guivarc'h, Y. Ballini et M. Secoué

Centre National d'Etudes des Télécommunications LAB/OCM/MPA BP 40, 22301 Lannion, France

Abstract
We have jointly studied the Rh-Ga-As ternary phase diagram and the solid phase interdiffusions in a Rh/GaAs contact. The experimental determination of the Rh-Ga-As diagram shows on one hand the existence of three ternary phases, of whom two are As-Ga substitutionnal solid solutions, in Rh 2As and RhAs respectively, and on the other hand the limitation of the determination based on Miedema's model. With the help of the ternary diagram, we account for the successive stages of the interaction between a rhodium thin film and a GaAs substrate during the thermal processing, from 250 ° C to 600°C. We have never observed Rh4GaAs, the only ternary compound with a equiatomic stoechiometric unity ratio between gallium and arsenic : the interaction layer after furnace annealing is always composed of mixtures of two or three phases. The 600 ° C last stage is a mixture of RhGa and RhAs2 grains, this two compounds in thermodynamic balance with GaAs. This stage designates the metallic compound RhGa as a potential candidate for thermally stable contacts. This work confirms the absolute necessity of experimentally determinating the ternary diagrams to interpret interdiffusions in metal/III-V semiconductor contacts.

Résumé
Nous avons étudié conjointement le diagramme ternaire Rh-Ga-As et les interdiffusions en phase solide dans un contact Rh/GaAs. La détermination expérimentale du diagramme Rh-Ga-As a mis en évidence d'une part l'existence de trois phases ternaires, dont deux sont des solutions solides de substitution As-Ga respectivement dans Rh2As et RhAs, et d'autre part les limites de la détermination expérimentale fondée sur le modèle de Miedema. Le diagramme a permis d'expliquer les diverses étapes de l'interaction entre une couche mince de rhodium et un substrat de GaAs lors de traitements thermiques de 250 ° C à 600 ° C. Rh4GaAs, le seul ternaire stoechiométrique en arsenic et gallium n'a jamais été observé et, après recuits dans un four, la couche d'interaction est toujours formée d'un mélange de deux ou trois phases. L'étape finale à 600 ° C est constituée de grains de RhGa et RhAs2, les deux composés en équilibre thermodynamique avec GaAs ; elle fait apparaître le composé métallique RhGa comme un candidat potentiel pour la réalisation de contacts thermiquement stables. Ce travail confirme la nécessité absolue de la détermination expérimentale des diagrammes ternaires pour la compréhension des interdiffusions dans les contacts Metal/Semiconducteur III-V.

PACS
6822 - Surface diffusion, segregation and interfacial compound formation.
6470 - Phase equilibria, phase transitions, and critical points.
6630N - Chemical interdiffusion in solids.

Key words
annealing -- chemical interdiffusion -- gallium arsenide -- III V semiconductors -- phase diagrams -- rhodium -- semiconductor metal boundaries -- solid solutions -- metallurgy -- ternary phase diagram -- solid phase interdiffusions -- substitutional solid solutions -- thin film -- thermal processing -- furnace annealing -- metal III V semiconductor contacts -- 250 to 600 degC -- Rh GaAs -- Rh Ga As -- GaAs substrate