DOI: 10.1051/jp3:1995133
J. Phys. III France 5 (1995) 373-388

Etude des interdiffusions en phase solide dans le contact Ni/AlAs

S. Députier^{1, 2}, A. Guivarc'h¹, J. Caulet¹, A. Poudoulec¹, B. Guenais¹, M. Minier¹ and R. Guérin<sup>2

1</sup>  FRANCE TELECOM, Centre National d'Etudes des Télécommunications, BP. 40, 22301 Lannion Cedex, France
²  Laboratoire de Chimie duSolide et Inorganique Moléculaire, UA CNRS 1495, Université de Rennes I, Avenue du Général Leclerc, 35042 Rennes Cedex, France

(Reçu le 27 septembre 1994, révisé le 13 décembre 1994, accepté le 22 décembre 1994)

Abstract
Solid-state interdiffusions between a thin film of nickel deposited under vacuum conditions and a thick layer of epitaxial AlAs on GaAs (001) and (111) substrates were investigated in the temperature range 200-600  C. Complementary analytical methods (RBS, X-ray diffraction, TEM) allow us to point out, according to annealing temperatures, successives steps of the interaction. These steps correspond either to ternary phases which were evidenced by the experimental determination of the Ni-Al-As phase diagram and labelled as A, B and D phases by comparison with the isostructural ternary phases in the Ni-Ga-As diagram or to mixture of ternaries and binaries, more or less strongly textured on the substrate. In fact, the nature of the observed phases is strongly depending on the AlAs substrate orientation, the kinetic of the reaction occurring being slower on AlAs(111) than on AlAs(001). On AlAs(001), a ternary B-phase + NiAl mixture is firstly observed, followed by a second mixture constituted of the ternary A-phase + NiAl and NiAs binaries, and finally, at the end of the interaction, the two binaries NiAl + NiAs appear. On AlAs(111), only two steps of interaction have been found; first of all, the ternary D-phase is obtained, before leading, at the end of the interaction, to the ternary B-phase + NiAl + NiAs mixture. In that case, the 600  C annealing is not sufficient to reach the mixture of the binaries NiAl + NiAs which, according to the ternary phase diagram, is the final stage of the Ni/AlAs interaction. The comparative study of the Ni/AlAs and Ni/GaAs interdiffusions shows that the binary NiAl is the "key" compound around which the Ni/AlAs interaction progresses when NiAs is the one of the Ni/GaAs interaction. The binary NiAl which is thermally stable and strongly textured on AlAs appears as an interesting candidate to prepare epitaxial NiAl/AlAs/GaAs heterostructures.

Résumé
Les interdiffusions en phase solide entre une couche mince de nickel déposée dans des conditions d'ultra-vide et des couches épaisses d'AlAs épitaxiées sur des substrats de GaAs orientés (001) et (111) ont été étudiées après des traitements thermiques d'une heure, sous balayage de gaz neutres, entre 200 et 600  C. L'utilisation de techniques complémentaires d'analyse (RBS, diffraction X, MET) a permis de mettre en évidence, en fonction de la température de recuit, plusieurs étapes successives d'interaction. Ces étapes correspondent soit à des phases ternaires, mises en évidence lors de la détermination expérimentale du diagramme Ni-Al-As et notées A, B, D par analogie avec celles du diagramme Ni-Ga-As, soit à des mélanges de phases constituées de binaires et/ou de ternaires, toutes ces phases étant plus ou moins fortement texturées sur le substrat. En fait, la nature des phases en présence dépend de l'orientation du substrat, la cinétique de réaction apparaissant plus lente pour l'interaction Ni/AlAs(111) que pour celle Ni/AlAs(001), les étapes successives sont observées : tout d'abord un mélange constitué de la phase ternaire B + NiAl puis un autre mélange : phase ternaire A + NiAl + NiAs et en fin d'interaction les deux binaires : NiAl + NiAs. Sur AlAs(111), seules deux étapes sont mises en évidence, la première correspond à la phase ternaire D, la seconde, en fin d'interaction, est constituée du mélange : phase B + NiAl + NiAs. On remarque dans ce cas le recuit à 600  C n'est pas suffisant pour atteindre le mélange des binaires NiAl et NiAs qui, selon le diagramme ternaire, est le stade ultime de l'interaction Ni/AlAs. L'analyse comparée des interdiffusions Ni/AlAs et Ni/GaAs montre que NiAl est le composé "clé" autour duquel pivote l'interaction Ni/AlAs alors que ce rôle était joué par NiAs lors des interdiffusions Ni/GaAs. Thermiquement stable et fortement texturé sur AlAs, le binaire NiAl apparaît comme un candidat prometteur pour la réalisation d'hétérostructures NiAl/AlAs/GaAs.

© Les Editions de Physique 1995