Numéro
Rev. Phys. Appl. (Paris)
Volume 22, Numéro 6, juin 1987
Page(s) 457 - 463
DOI https://doi.org/10.1051/rphysap:01987002206045700
Rev. Phys. Appl. (Paris) 22, 457-463 (1987)
DOI: 10.1051/rphysap:01987002206045700

A thermodynamical model of molecular beam epitaxy, application to the growth of II VI semiconductors

J.P. Gailliard

CENG-LETI, Laboratoire Infrarouge, 85 X, 38041 Grenoble Cedex, France


Abstract
We present a model of molecular beam epitaxy based on thermodynamics. The equilibrium between a compound or a ternary alloy with the gas phase is illustrated in the case of HgTe and CdHgTe. The meaning of equilibrium pressure is analysed and we make the assumption that the fluxes leaving the actual growing compound are linked by the mass action law where the pressures are transformed into the equivalent fluxes. A detailed balance of the species leaving or arriving at the surface is then possible and leads to a set of equations which can be solved to predict the growth rate, the x value of a ternary alloy, the excess of one of the species, the incorporation coefficient. Examples of calculation are shown for CdTe and CdxHg1- xTe and are compared with experimental results and show a good agreement. The main interest of this model resides in its ability to predict the effects of the modification of one of the growth parameter. Nevertheless it predicts only the limit conditions which are not necessary reach due to the kinetic of the reactions.


Résumé
Nous présentons un modèle thermodynamique de l'épitaxie par jets moléculaires. Nous illustrons tout d'abord l'équilibre d'un composé et d'un alliage par les cas de HgTe et CdHgTe. Nous faisons l'hypothèse que les flux se ré-évaporant du composé en cours de croissance sont liés par la loi d'action de masse exprimée en flux. Un bilan des espèces arrivant ou quittant la surface peut alors être écrit et conduit à un système d'équations dont la solution donne la vitesse de croissance, la composition x de l'alliage temaire, l'excès éventuelle d'une des espèces, le coefficient d'incorporation. Des résultats de calcul pour CdTe et CdHgTe comparés aux résultats expérimentaux montrent la validité des prévisions de ce modèle, dont l'intérêt principal est de permettre d'évaluer l'influence de la modification d'un paramètre de croissance. La validité de ce modèle est cependant limitée si la cinétique des réactions ne permet pas d'atteindre l'équilibre ; ce n'est pas le cas pour les alliages II VI étudiés ici.

PACS
6855 - Thin film growth, structure, and epitaxy.

Key words
cadmium alloys -- II VI semiconductors -- mercury alloys -- molecular beam epitaxial growth -- tellurium alloys -- II VI semiconductor growth -- thermodynamical model -- molecular beam epitaxy -- gas phase -- equilibrium pressure -- mass action law -- detailed balance -- growing rate -- incorporation coefficient -- growth parameters -- HgTe -- CdHgTe -- CdTe -- Cd sub x Hg sub 1 x Te