Rev. Phys. Appl. (Paris) 22, 285-291 (1987)
DOI: 10.1051/rphysap:01987002205028500

Interaction of ionized hydrogen with cleaved GaAs. Comparison with atomic hydrogen interaction

M. Cherchour, F. Proix et C. Sébenne

Laboratoire de Physique des Solides, associé au C.N.R.S., Université Pierre et Marie Curie, 75252 Paris Cedex 05, France

Abstract
The interaction of hydrogen ions H+2 with the (110) surface of GaAs prepared by cleavage under ultrahigh vacuum has been studied by photoemission yield spectroscopy and controlled by Auger electron spectroscopy and low energy electron diffraction. The ions, having a kinetic energy lower than 100 eV, were produced by an excitation cell connected to the working chamber by a hole 0.5 mm in diameter and could be deflected onto the sample surface. The interaction of H+2 with GaAs(110) at progressively increasing doses begins with the two successive stages which have been characterized from the interaction of atomic hydrogen with the same substrate : first an adsorption stage during which hydrogen binds covalently to both Ga and As, then a decomposition stage with formation of Ga metal and, most likely, arsine AsH3 which remains adsorbed on the surface. As the dose of hydrogen ions keeps on increasing, a layer by layer etching of the surface is observed with removal of the hydrogenated compound.

Résumé
L'interaction des ions hydrogène H+2 avec la face (110) de GaAs clivé sous ultravide a été étudiée par spectroscopie de rendement de photoémission et contrôlée par spectroscopie des électrons Auger et diffraction des électrons lents. Les ions, dont l'énergie cinétique est inférieure à 100 eV, sont produits dans une cellule d'excitation reliée à la chambre de travail par un trou de 0,5 mm de diamètre et peuvent être défléchis sur la surface de 1'echantillon. L'interaction de H2+ avec GaAs(110) à doses progressivement croissantes commence par les deux étapes successives caractérisées lors de l'interaction de l'hydrogène atomique avec le même substrat: tout d'abord une étape d'adsorption au cours de laquelle l'hydrogène forme des liaisons covalentes avec Ga et As, ensuite une étape de décomposition avec formation de métal Ga et, très probablement, d'arsine AsH3 qui reste adsorbée sur la surface. Lorsque la dose d'ions hydrogène continue à augmenter, on observe une érosion couche par couche avec départ du composé hydrogéné.

PACS
6820 - Solid surface structure.
7920F - Electron surface impact: Auger emission.
7920N - Atom , molecule , and ion surface impact and interactions.
7960E - Photoelectron spectra of semiconductors and insulators.
8160C - Surface treatment and degradation in semiconductor technology.

Key words
Auger effect -- gallium arsenide -- III V semiconductors -- photoelectron spectra -- sputter etching -- atomic hydrogen interaction -- 110 surface -- ultrahigh vacuum -- photoemission yield spectroscopy -- Auger electron spectroscopy -- low energy electron diffraction -- adsorption stage -- decomposition stage -- cleaved GaAs -- H sub 2 sup + -- H