Interactions Laser-Solides, Recuits par Faisceaux d'Energie / Laser-Solid Interactions and Transient Thermal Processing of Materials

J. Phys. Colloques 44 (1983) C5-179-C5-185
DOI: 10.1051/jphyscol:1983528

NATIVE OXIDES BEHAVIOR DURING PULSED LASER IRRADIATION OF GaAs

C. Cohen¹, J. Siejka¹, D. Pribat², M. Berti³, A.V. Drigo³, G.G. Bentini⁴ et E. Jannitti<sup>5

1</sup>  Groupe de Physique des Solides de l'Ecole Normale Supérieure, Tour 23, 2 pl. Jussieu, 75251 Paris Cedex 05, France
²  Thomson-CSF/LCR, Domaine de Corbeville, B.P. 10, 91401 Orsay Cedex, France
³  Dipartimento di Fisica G. Galilei, Università di Padova, Via Marzolo 8, 35100 Padova, Italy
⁴  LAMEL - C.N.R., Via Castagnoli 1, 40126 Bologna, Italy
⁵  Centro Gas Ionizzatti del C.N.R., Via Gradenigo, 35100 Padova, Italy

Résumé
Nous avons utilisé des techniques d'analyses nucléaires et de spectrométrie de masse d'ions secondaires pour étudier le comportement d'oxydes natifs de GaAs enrichis à l'¹⁸O et irradiés sous vide au moyen d'un laser à Rubis déclenché. Nous avons examiné l'incorporation d'¹⁶O, l'incorporation et les pertes d'¹⁸O ainsi que le déplacement des cations As et Ga hors des sites du réseau en fonction de la densité d'énergie du faisceau laser. Nos résultats démontrent qu'il est nécessaire d'irradier avec une densité d'énergie de l'ordre de 0,8 J/cm², afin d'éliminer complètement les oxydes de surface. Toutefois, avant élimination complète, nous observons une dissolution partielle de ces oxydes dans le matériau liquide sous-jacent, ce qui a pour effet d'induire un important piégeage d'oxygène dans les couches resolidifiées. Nous observons de plus que la surface passe de façon continue d'un état riche en Ga à un état riche en As, tandis que la densité d'énergie du faisceau laser croît de 0,4 J/cm² à 1 J/cm².

Abstract
Nuclear Microanalysis and Secondary Ion Mass Spectroscopy have been used to study the behavior of GaAs ¹⁸O enriched native oxides irradiated with a pulsed Ruby laser under vacuum. We have analyzed ¹⁶O incorporation, ¹⁸O losses and incorporation and Ga and As atoms out of crystallographic sites as a function of laser energy density. Our results demonstrate that an energy density of 0.8 J/cm² is needed to completely remove the native oxides. However, before complete evaporation, part of these oxides are dissolved in the layer melted by the laser pulse, leading to oxygen trapping in the resolidified material. We also find that the surface composition varies continuously from Ga rich to As rich when the laser energy density is raised from 0.4 J/cm² up to 1 3/cm².