Mavi ışık yayan galyum nitrür esaslı çoklu kuantum çukur içeren diyot yapılarda enerji düzeylerinin belirlenmesi ve lüminesans deneyleri ile irdelenmesi
Investigation of energy levels on gallium nitride based multiple quantum well blue light emitted diode structure through luminescence techniques
Yazar: SELİN İNCE KAHRAMAN
Danışman: PROF. DR. ORHAN ÖZDEMİR
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı / Fizik Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Mavi ışık yayan GaN tabanlı LED'ler modern teknolojide devrim yaratarak enerji araştırmalarında yüksek verimli aydınlatma çözümlerinin ortaya çıkmasını sağlamıştır. Bu başarının arkasında özellikle InGaN/GaN bazlı çoklu kuantum çukur (MQW) içeren diyot yapılar yer almaktadır. Çoklu kuantum çukur (MQW) yapılarına sahip GaN tabanlı LED'ler yüksek verimli ışık üretiminin sağlanmasında kritik bir rol oynamaktadır. Yapı içerisindeki kusurların ve enerji seviyelerindeki farklılıkların belirlenmesi de cihaz performansını ve verimliliğini etkilediği için büyük önem arz etmektedir. Bu tez çalışmasında metal organik kimyasal buhar biriktirme (MOCVD) yöntemiyle büyütülen %20 In içeren InGaN/GaN esaslı çoklu kuantum çukur (MQW) içeren diyot yapıdaki bağlı ayrışık enerji seviyeleri, kuantum mekaniğinin sonsuz ve sonlu çukur yaklaşımlarıyla teorik olarak hesaplanmıştır. Ayrıca fotolüminesans (PL), elektrolüminesans (EL), yüzey fotoakım (SPC) ölçümleri ile optik ve optoelektronik karakterizasyonlar yapılmıştır. Hesaplanan değerlerin, yapılan karakterizasyonlardaki ölçümlerden alınan deneysel veriler ile kıyaslanması ve bantlar arası geçiş veya tuzak seviyeleri arasındaki geçişlerin, yayınlanan ışığın dalga boyu gibi önemli parametrelerin belirlenmesi ve analiz edilmesi amaçlanmıştır. Elde edilen sonuçların yorumlanmasıyla, çoklu kuantum çukur yapılarının alt bantları arasındaki geçişlere dayanan ve piko saniyelik tepki sürelerine sahip, kızılötesi (IR) foto algılama için potansiyel sunan opto-elektronik cihazlar için metal organik kimyasal buhar biriktirme (MOCVD) yöntemiyle büyütülen InGAN/GaN çoklu kuantum çukur (MQW) yapılarının uygunluğu ve potansiyeli incelenerek literatüre katkı sağlanması öngörülmüştür.

Abstract:
Blue light-emitting GaN-based LEDs have enabled the emergence of highly efficient lighting solutions in energy research by revolutionazing modern technology. The success behind this lies particularly in diode structures that include InGaN/GaN-based multiple quantum wells (MQWs). GaN-based LEDs with multiple quantum well (MQW) structures play a critical role in achieving high-efficiency light production. Identifying defects within the structure and differences in energy levels is crucial as these factors significantly affect device performance and efficiency. In this thesis, the bound energy levels in the diode structure containing InGaN/GaN-based multiple quantum wells (MQWs) with 20% In content, grown by the metal-organic chemical vapor deposition (MOCVD) method, were theoretically calculated using the infinite and finite well approaches of quantum mechanics. Additionally, optical and optoelectronic characterizations were performed using photoluminescence (PL), electroluminescence (EL), and photocurrent measurements. The aim was to compare the calculated values with the experimental data obtained from these characterizations, and to determine and analyze key parameters such as transitions between interbands or trap levels, and the wavelenght of the emitted light. By interpreting the results obtained, it is intended to contribute to the literature by examining the suitability and potential of InGaN/GaN multiple quantum well (MQW) structures, grown by the metal-organic chemical vapor deposition (MOCVD) method, for optoelectronic devices which are based on transitions between sub-bands of multiple quantum well (MQW) structures with picosecond response times, and which provide potential for infrared (IR) photodetection.