Nitrit tabanlı III-V grubu yarıiletkenlerle oluşturulan çoklu kuantum kuyularının yapısal, morfolojik ve bazı optik özelliklerinin sıcaklığa bağlı olarak incelenmesi
Investigation of structural, morphological and some opticalproperties of multi-quantum wells, formed by nitrite based III-Vgroup semiconductors, dependent on temperature
Yazar: AHMET KÜRŞAT BİLGİLİ
Danışman: PROF. DR. MUSTAFA KEMAL ÖZTÜRK
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2019
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Bu çalışmada, InGaN tabanlı güneş pili yapısı 300-500 0C sıcaklık aralığında 50 0C'lik adımlarla incelenmiştir. InGaN/GaN çoklu kuantumu kuyusu yapısı c- yönelimli safir alttaş üzerine metal organik kimyasal buhar biriktirme (MOCVD) yöntemiyle büyütülmüştür. Sıcaklık dışında tüm parametreler büyütme süreci boyunca sabit tutulmuştur. Farklı oranlarda In içeren InGaN/GaN güneş pili yapıları XRD tekniği ile incelenmiştir. Bu yapıların, yapısal, optik ve morfolojik özellikleri yüksek çözünürlüklü X-ışını kırınımı (HRXRD), Fourier dönüşüm spektroskopisi (FTIR), Fotolüminesans (PL), Geçirgenlik (%T), Atomik kuvvet mikroskopisi (AFM) ile analiz edilmiştir. FTIR ve PL spektrumlarına göre bant aralığı değerlerinin elektromanyetik spektrumda mavi bölgeye denk geldiği fark edilmiştir. Geçirgenlik ölçümlerinin sonuçlarında gönderilen ışığın 390 nm civarında büyük ölçüde absorbe edildiği görülmüştür. XRD tekniği kullanılarak, dislokasyon yoğunlukları ve gerilme hesaplanmıştır. X- ışını kırınımından elde edilen tam genişlik yarı maksimum (FWHM) değerleri alternatif bir metot olan Williamson Hall (WH) yönteminde kullanılmıştır. WH metodu kullanarak düşey ve yatay kristal uzunlukları ve eğim açıları belirlenmiştir. Yüzey pürüzlülük parametreleri AFM ile incelenmiştir. GaN ve InGaN'a ait farklı parametreler sıcaklığa bağlı olarak kıyaslanmıştır. AFM görüntülerine göre bu güneş pili yapıları yüksek yüzey pürüzlülüğü ve büyük kristal boyutuna sahiptir.  XRD'den elde edilen verilerle örgü parametreleri de hesaplanmıştır. Çalışma sıcaklığa bağlı bir çalışma olduğundan sıcaklıkla örgü parametrelerindeki değişimden faydalanarak ısısal genleşme katsayıları da hesaplanmıştır. Ters uzay haritalaması tekniğinden faydalanarak örgü parametreleri, gerilme, zorlama gibi değişkenler tekrar hesaplanmıştır ve bu değerler birbirleri ile kıyaslanmıştır. Görülmüştür ki sözü edilen bütün metotlardan elde edilen sonuçlar daha önce farklı araştırmacılar tarafından yapılan çalışmalardakilerle uyum içinde olduğu görülmüştür.

Abstract:
In this study, InGaN based solar cell structures are investigated in 300-500 0C temperature range with steps of 50 0C. InGaN/GaN multi-quantum well structure is deposited on sapphire wafer by metal organic chemical vapor deposition method (MOCVD). InGaN/GaN solar cell structures containing different In ratio are investigated by X-ray diffraction (XRD) technique. Structural, optical and morphological properties of these solar cell structures are investigated by using high resolution X-ray diffraction (HRXRD), Fourier transform spectroscopy (FTIR), Photo luminesance (PL), Transmission (%T), Atomic force microscopy (AFM) techniques. Full width half maximum (FWHM) values gained from XRD technique are used in an altenative method Williamson Hall (WH). By using this WH method, lateral and vertical crystal lengths and tilt angles are determined. Surface roughness parameters are examined by AFM. According to AFM images these solar cell structures have high surface rougness and large crystal size. Because this study is dependent on temperature, thermal expansion coefficients are calculated by using the variation of lattice parameters with temperature. By using reciprocal space mapping technique (RSM), lattice parameters, strain, stress are calculated again and they are compared with the values gained from previous methods. It is seen that all the results gained from mentioned methods are in good accordance with literature.