Farklı püskürtme güçleri altında üretilen n-ZnO/AlN/p-GaN yakın UV mavi ışık yayan diyotların (LED) elektriksel, optik, yapısal ve morfolojik özelliklerinin incelenmesi
Investigation of electrical, optical, structural and morphological properties of n-ZnO/AlN/p-GaN near UV-blue light emitting diodes (LED) fabricated under different sputtering
Yazar: DERYA ÜNAL
Danışman: PROF. DR. ZİYA MERDAN ; DOÇ. DR. SONGÜL FİAT VAROL
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2021
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Bu tez çalışmasında farklı püskürtme güçleri altında üretilen n-ZnO/AlN/p-GaN yakın uv mavi ışık yayan diyotların (led) elektriksel, optik, yapısal ve morfolojik özellikleri incelendi. Bu çalışmada p-n yapıları elde etmek için farklı ince film büyütme yöntemleri kullanıldı. İlk olarak safir (Al2O3, (0 0 0 1) yönelimli) alttaş üzerine Metal-Organik Kimyasal Buhar Biriktirme (MOCVD) tekniği kullanılarak nitrit tabakaları (AlN, GaN) büyütüldü. Daha sonra n-tipi tabakası için r.f. magnetron püskürtme yöntemiyle 25 W, 50 W, 75 W, 90 W ve 100W püskürtme gücü değişkenleri altında ZnO büyütmesi yapıldı. p-GaN ve n-ZnO katmanları üzerine kontaklar (Ni (200 Å)/Au (2000 Å) ve Ti (300 Å)/Au (2000 Å) yapılarak LED yapısı tamamlandı. Numunelerin elektriksel, yapısal, optik ve morfolojik özellikleri; Akım-Voltaj (I-V) ölçümleri, X-ışını kırınımı (XRD), Fotolüminesans (PL), Elektrolüminesans (EL) dataları ve Atomik Kuvvet Mikroskobu (AFM) sonuçları değerlendirilerek belirlendi. AFM sonuçlarının rms (root-mean-square) değerlerine göre püskürtme gücü arttıkça, tane boyutu arttı. Ayrıca PL spektrumundan 422nm, 465nm, 425nm, 420nm ve 421nm'de ZnO pikleri, 423 nm'de GaN piki görüldü. LED'in oda sıcaklığı elektrolüminesansı (EL) sırasıyla 25 W, 50 W, 75 W, 90 W ve 100 W püskürtme güçlerinde biriktirilen ZnO ince filmler için 455, 442, 430, 420 ve 395 nm'de güçlü mor-mavi emisyon spektrumu gösterdi. LED'lerin I-V eğrileri, 25 W, 50 W, 75 W, 90 W ve 100 W değerleri için 6,8 V, 6,4 V, 5,5 V, 3,3 V ve 5,2 V eşik gerilimleriyle iyi düzelme eğilimi gösterdi.

Abstract:
In this thesis, the electrical, optical, structural and morphological properties of n-ZnO/AlN/p-GaN near uv-blue light Emiiting Diodes (Led) fabricated under different sputtering powers were examined. In this study, we have used different thin film deposition techniques to obtain p-n junctions. Firstly, nitrite layers were deposited on Sapphire (Al2O3, with (0 0 0 1) orientation) substrates using Metal-Organic Chemical Vapor Deposition (MOCVD) technique. Then ZnO depositions were performed for the n-type layers under 25 W, 50 W, 75 W, 90 W and 100W sputtering powers with r.f. Magnetron sputtering method. The LED structure is completed by making contacts on p-GaN and n-ZnO layers. The electrical, structural, optical and morphological properties of the samples were determined by evaluating current-voltage (I-V) measurements, X-ray diffractions (XRD), Photoluminescence (PL), Electroluminescence (EL) datas and Atomic Force Microscope (AFM) results. According to the rms values of AFM results. As the sputtering power increased, grain size increased. In addition, PL peaks were observed at 422nm, 465nm, 425nm, 420 nm, 421 nm for ZnO and at 423nm for GaN layers at 25 W, 50 W, 75 W, 90 W and 100 W sputtering powers, respectively. The room temperature Electroluminescence (EL) of the LEDs showed strong violet-blue emission spectra at 455, 442, 430, 420 and 395 nm for ZnO thin films deposited at 25 W, 50 W, 75 W, 90 W and 100 W sputtering powers, respectively. The I-V curves of the LEDs showed good rectifying behavior with threshold voltages of 6,8 V, 6,4 V, 5,5 V, 3,3 V and 5,2 V for 25 W, 50 W, 75 W, 90 W and 100 W values