MOCVD tekniği ile farklı kalınlıklarda büyütülen ALN tampon tabakalarının yapısal ve optik özelliklerinin incelenmesi
Investigation of structural and optical properties of ALN buffer layers grown at different thicknesses by MOCVD technique
Yazar: DURMUŞ DEMİR
Danışman: PROF. DR. MUSTAFAKEMAL ÖZTÜRK
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering
Dizin: X ışını kırınımı = X ray diffraction

Özet:
Bu çalışmada, MOCVD tekniği kullanılarak 4H-SiC alttaş üzerine dört farklı kalınlıkta (100, 130, 140 ve 150 nm) AlN tampon tabakaları büyütüldü. Büyütülen bu yapılar sırasıyla örnek #1, #2, #3 ve #4 numuneleri olarak adlandırıldı. Farklı kalınlıktaki tampon tabakaların yapısal ve optik özellikleri Yüksek Çözünürlüklü XRD (HRXRD), Atomik Kuvvet Mikroskobisi (AFM) ve X-Işını Yansıtma (XRR) teknikleri kullanılarak incelendi. Örneklerin XRD ölçümlerinden elde edilen veriler ile mozaik yapı kusurları, dislokasyon yoğunlukları, Williamson Hall ve sin2ψ yöntemleri kullanılarak kalıntı gerilme ve gerinme analizleri yapıldı. Kullanılan yöntemlerden elde edilen değerlerin literatürle uyumlu olduğu görüldü. Yüzey pürüzlülüğü AFM ile incelenmiş ve 150 nm kalınlığındaki örneğin en pürüzsüz yüzeye sahip örnek olduğu görüldü. XRR sonuçlarından AlN tampon tabakanın arayüzey pürüzlülükleri bulundu. Bulunan sonuçlardan 150 nm numunesi en düşük arayüzey pürüzlülüğüne sahip olduğu görüldü. HRXRD ve XRR sonuçları, daha kalın olan (150 nm) tampon tabakanın yapıda oluşabilecek dislokasyonların GaN tabakaya yayılmasını engellemek için daha güçlü bir etkiye sahip olduğunu gösterdi. Sonuç olarak, örneklerin, arayüzey pürüzlülük değeri ile gerilme değerleri birlikte değerlendirildi. Arayüzey pürüzlülük değeri en düşük olan yaklaşık 150 nm kalınlığında ki AlN tampon tabakadan, gerinim ve gerilme hesapları incelendiğinde 140 nm civarında kritik kalınlık değerinin basma ve çekme gerilmelerinin olmadığı AlN katmanlarının optoelektronik cihazlar için daha uygun olduğu değerlendirildi.

Abstract:
In this study, AlN buffer layers of four different thicknesses (100, 130, 140 and 150 nm) were grown by Metal Organic Chemical Vapor Deposition (MOCVD) on 4H-SiC substrate. These structures were named samples #1, #2, #3 and #4, respectively. The structural and optical properties of buffer layers of different thicknesses were investigated using High Resolution XRD (HRXRD), Atomic Force Microscopy (AFM) and X-Ray Reflection (XRR) techniques. With the data obtained from XRD measurements of the samples, mosaic structure defects, dislocation densities, residual stress and strain analyzes were performed using Williamson Hall and sin2ψ methods. It was seen that the values obtained from the methods used were compatible with the literature. The surface roughness was examined by AFM and it was found that the sample with a thickness of 150 nm had the smoothest surface. The interfacial roughness of the AlN buffer layer was obtained from the XRR results. From the results obtained, it was seen that the 150 nm sample had the lowest interfacial roughness. The HRXRD and XRR results showed that the thicker (150 nm) buffer layer has a stronger effect on preventing the dislocations that may occur in the structure from spreading to the GaN layer. As a result, the interfacial roughness and stress values of the samples were evaluated together. When the strain and stress calculations were examined from the AlN buffer layer with the lowest interface roughness value of about 150 nm, it was evaluated that the AlN layers with a critical thickness value of around 140 nm without compressive and tensile stresses were more suitable for optoelectronic devices.