[pt] AVALIAÇÃO DE PRECURSORES PARA CRESCIMENTO DE GAINNAS PELA TÉCNICA MOVPE PARA FABRICAÇÃO DE CÉLULAS SOLARES

[en] PRECURSORS EVALUATION FOR GAINNAS GROWTH BY MOVPE TECHNIQUE FOR SOLAR CELLS PRODUCTION

[pt] JOSE EDUARDO RUIZ ROSERO

[pt] CRESCIMENTO EPITAXIAL

[pt] NITRETOS DILUIDOS

[pt] GAINNAS

[pt] CELULA SOLAR

[en] EPITAXIAL GROWTH

[en] DILUTE NITRIDES

[en] GAINNAS

[en] SOLAR CELL

[pt] Se faz um estudo detalhado sobre o crescimento de GaInNAs pela técnica de metalorganic vapor phase epitaxy (MOVPE) com o objetivo de diminuir a contaminação residual do carbono no material. Para isso se pesquisa a influência dos precursores assim como dos diferentes parâmetros de crescimento na morfologia, na contaminação residual e na incorporação de diferentes elementos nos materiais. A temperatura, a taxa de crescimento, a razão As/III, o conteúdo do nitrogênio e os diferentes precursores são os parâmetros alterados de uma amostra para a outra. Como alguns precursores não foram usados antes para este material semicondutor, inicialmente apenas o GaAs foi examinado, passando posteriormente aos materiais ternários GaInAs e GaNAs, para finalmente obter o GaInNAs. Através da caracterização das amostras obtém-se a qualidade dos materiais assim como a contaminação residual do carbono. São utilizadas técnicas de difração de raios-X de alta resolução (HR-XRD), microscopia de força atômica (AFM), perfil eletroquímico de capacitância-tensão (ECV), espectrometria de massa de íons secundários (SIMS), fotoluminescência (PL) e técnicas in-situ próprias do reator MOVPE para avaliar o efeito dos parâmetros de crescimento epitaxial sobre a qualidade das estruturas obtidas, assim como sobre a incorporação dos diferentes elementos nos materiais. O crescimento do GaInNAs no reator CRIUS foi bem sucedido com algumas combinações dos precursores. Se confirmou que o alto nível do carbono está relacionado à quantidade do nitrogênio no cristal e que o carbono é fornecido pelos grupos metil dos precursores, principalmente pelo TMGa, seguido do TMIn. Todas as medidas para reduzir a incorporação residual do carbono foram bem sucedidas. O uso de precursores do grupo III sem grupo metil reduz significativamente a dopagem residual do carbono. Finalmente foram crescidas células solares para avaliar o material no dispositivo.

[en] A detailed investigation the GaInNAs growth by metalorganc vapor phase epitaxy (MOVPE) is performed in order to reduce the carbon background in the material. For this, the precursors , as well as the different growth parameters influence on crystal morphology, carbon background and the incorporation of different elements on the semiconductor material, are investigated. The temperature, the growth rate, the As/III ratio, the nitrogen content, and the different precursors were varied from one sample to another. Particularly, since some precursors were never used for this semiconductor material, initially, only GaAs was examined, later the GaInAs and the GaNAs ternary materials were grown, to finally obtain the GaInNAs. The samples characterization was used to assess materials quality, as well as the carbon background incorporation. Different characterization techniques such as High-Resolution X-Ray Diffraction (HR-XRD), Atomic Force Microscopy (AFM), Electrochemical Capacitance-Voltage (ECV) and In-Situ measurements were used to evaluate the effect of the epitaxial growth parameters on the quality of the obtained structures, as well as on the different elements incorporation in the semiconductor material. GaInNAs was successfully grown in the MOVPE reactor with particular precursors combinations. The relation between the high carbon level and the nitrogen amount in the crystal was confirmed, as well as the fact that carbon is supplied by methyl-groups of the precursors, especially TMGa, followed by TMIn. All measures to reduce carbon background incorporation were successful. The use of methyl group free III precursors significantly reduces the carbon background incorporation. Finally, solar cells were grown to evaluate the material in the device.

PATRICIA LUSTOZA DE SOUZA

PATRICIA LUSTOZA DE SOUZA

ROBERTO RIBEIRO DE AVILLEZ

MONICA ALONSO COTTA

JIANG KAI

FERNANDO MASSA FERNANDES

2020-09-24

2019-04-26

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PORTUGUÊS

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https://doi.org/10.17771/PUCRio.acad.49588