Crecimiento de compuestos II-VI mediante la técnica MOCVD: Aplicación al crecimiento de CdTe; HgTe y Hg1-xCdxTe.

Abstract

La tesis está centrada en el estudio del crecimiento de materiales II-VI mediante la técnica de depósito de capas delgadas MOCVD (MetalOrganic Vapour Phase Deposition). En concreto se ha estudiado el crecimiento de los compuestos CdTe y HgTe, así como de su aleación ternaria Hg1-xCdxTe. El empleo de estos materiales nos ha permitido profundizar en las posibilidades de la técnica ya que cada uno de ello se ha crecido mediante una configuración diferente.<br/> El crecimiento de CdTe se ha realizado sobre tres substratos de naturaleza muy diferente: vidrio, GaAs y GaS. Adicionalmente sobre el primero hemos estudiado la influencia de un tratamiento térmico post-crecimiento en el mismo reactor MOCVD, obteniendo muestras con mayor calidad y tamaño de grano que las muestras sin tratar, lo que sin duda es beneficioso de cara a su utilización en el desarrollo de dispositivos fotovoltaicos. En el crecimiento de CdTe sobre GaAs(100) hemos obtenido de manera reproducible capas con orientación (111) ó (100). Un estudio sistemático de la morfología de las muestras en función del tiempo de crecimiento, es decir del grosor, nos ha permitido detectar dos mecanismos de crecimiento para el CdTe(111), uno para tiempos inferiores a 100 s y otro para tiempos superiores. Por lo que respecta al crecimiento de CdTe(100) sobre GaAs(100), hemos obtenido muestras libres de los defectos superficiales conocidos como "hillocks", que son observados sistemáticamente por otros autores. El crecimiento de CdTe sobre GaS(001), nos ha permitido poder relacionar la orientación de este substrato con la de la capa de CdTe crecida sobre él mediante análisis de texturas por difracción de rayos X. En el crecimiento de HgTe, se ha utilizado una doble entrada de precursores ya que en una de ellas se sitúa el baño de Hg que se utiliza como material fuente. Hemos comprobado, con ayuda de la simulación numérica, la influencia de la doble entrada en el comportamiento hidrodinámico del proceso, contrastando las predicciones de dicha simulación con los resultados experimentales y obteniendo un buen acuerdo. El crecimiento de CdTe y HgTe, nos ha permitido abordar el crecimiento de su ternario mediante el método de interdifusión de capas múltiples, obteniendo muestras de Hg1-xCdxTe(100) con distintas composiciones x, que han sido sistemáticamente caracterizadas mediante diversas técnicas.

The key issue of the thesis is the crystalline growth of thin layers of II-VI semiconductor compounds by MOCVD (Metal Organic Vapour Phase Deposition). It has been studied the growth of CdTe, HgTe and Hg1-xCdxTe. The study of these materials has allowed to investigate the possibilities of the technique due to the different configuration employed to growth each material.<br/>The growth of CdTe has been achieved on three different substrates: glass, GaAs, and GaS. In the growth on glass the influence of the post-growth treatment in the same MOCVD reactor has been studied, obtaining samples with better quality and grain size than the samples without treatment, this fact is of great interest in the development of photovoltaic devices. A systematic investigation of the morphology for samples grown with different times, and consequently with different thickness, has allow to detect two growth mechanism for the CdTe (111), the first one for low growth times (< 100 s) and the another one for higher growth times. In the growth of CdTe on GaAs(100), we have obtain hillocks free samples, these defects are usually observed for other author. For the growth of CdTe on GaS(100) the relationship between the orientation of layer and the substrate has been established by X ray texture analysis.<br/>In the growth of HgTe a double entry to the reactor has been used, with the help of the numerical simulation, its effect has been analyzed and correlated with the experimental results.<br/>Finally the growth of CdTe and HgTe has permitted to growth the ternary allow Hg1-xCdxTe. The interdiffused multilayer process has been employed, obtaing samples of Hg1-xCdxTe with different composition x. These samples have been systematically analyzed with different techniques.