Seyreltik azotlu p-n eklem yapılarının MBE tekniği ile büyütülmesi ve karakterizasyonu
Dilute nitride p-n junctions grown by MBE technique and their characterizations
Yazar: TUNÇ SERTEL
Danışman: PROF. DR. SÜLEYMAN ÖZÇELİK
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2016
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Bu tez çalışmasında, Si ve GaP alttaşlar üzerine seyreltik azotlu GaPN ve GaAsPN yarıiletken p-n eklem yapıları Moleküler Demet Epitaksi (MBE) tekniği ile büyütüldü. Büyütülen numunelerin yapısal, elektriksel ve optik özellikleri incelendi. Bu amaçla ilk olarak, seyreltik azotlu yarıiletkenlerde taşıyıcı yoğunluklarının belirlenmesi için katkı kalibrasyon numuneleri büyütüldü. Ardından, Si alttaş üzerine GaP tabakasının yüksek kristal kalitesinde büyütülebilmesi için farklı yöntemler denendi ve uygun büyütme yöntemi belirlendi. GaP alttaş üzerine p-n eklem GaPN ve GaAsPN, Si alttaş üzerine p-n eklem GaAsPN yapıları büyütüldü. Büyütülen numunelerin elektriksel özellikleri Hall etkisi, optik özellikleri fotolüminesans (PL) ve yapısal özellikleri ise yüksek çözünürlüklü X-ışını kırınımı (HRXRD) ölçümleri ile belirlendi. GaP/Si büyütmelerinde, [110] doğrultusu boyunca 4° açı ile kesilmiş Si (100) alttaş, MEE (Migration Enhanced Epitaxy) tekniği ve iç tavlama süreçlerinin birlikte kullanılmasının kaliteli kristal büyütmenin önemli etkenleri olduğu sonucuna varıldı. HRXRD kırınım desenleri LEPTOS programı ile simüle edilerek, seyreltik azotlu yarıiletkenlerdeki alaşım oranları belirlendi. BAC modeli kullanılarak bant enerjileri teorik olarak hesaplandı ve PL spektrumları ile kıyaslandı. Yapılan analizler sonucunda, 6×1017-2×1018 cm-3 aralığında n ve p tipi katkı yoğunluğuna sahip, yaklaşık %0,3-%0,8 oranında azot içeren seyreltik azotlu yarıiletken katmanların büyütülmesinin başarıldığı belirlendi. Son olarak, Si ve GaP alttaşlar üzerine büyütülen p-n eklem yapıların diyot fabrikasyonları yapıldı. Elde edilen aygıtların akım-gerilim (I-V) ölçümleri alındı. Diyot karakteristiği sergileyen seyreltik azotlu p-n eklem aygıtların, aygıt çıktı parametreleri hesaplandı. Elde edilen sonuçlar, büyütülen seyreltik azotlu yapıların ışık yayan diyot (LED) üretimi için uygun olduğunu göstermektedir.

Abstract:
In this thesis, dilute nitride GaPN and GaAsPN semiconductor p-n junction structures were grown on Si and GaP substrates by MBE technique. The structural, electrical and optical properties of the samples which were grown have been investigated. For this purpose, firstly, dopant-calibration samples were grown to determine carrier concentrations in dilute nitride semiconductors. Several methods, then, were tried so that the high quality GaP layer on Si substrate was grown and proper growth method was clasified. The structures of p-n junction GaPN and GaAsPN on GaP substrate and p-n junction GaAsPN on Si substrate were grown. The electrical, optical and structural properties of samples were obtained by using Hall Effect, Photoluminecence (PL) and High Resolution X-Ray Diffraction (HRXRD) measurements, respectively. It was concluded that, the high quality GaP/Si crystals can be grown provided that the Si (100) substrate misoriented by 4° toward [110] direction, Migration Enhanced Epitaxy (MEE) and annealing phases were used together. HRXRD patterns were simulated by using LEPTOS programme and alloy compositions in dilute nitride semicondutors were determined. The band gaps were thereotically calculated by using BAC model and compared with PL spectrums. As a result of this measurements, it was determined that, growth of dilute nitride semiconductor layers having n and p-type carrier concentration between 6×1017-2×1018 cm-3 and containing approximately nitrogen composition of 0,3%-0,8% were achieved. Finally, diode fabrications of the p-n junction structures grown on Si and GaP substrates were completed. I-V measurements of the devices were carried out. Device parameters of the dilute nitride p-n junction devices performing diode characteristic were calculated. The results obtained show that dilute nitride structures grown are suitable for manufacturing of light emitting diode (LED).