Kuantum kuyulu yarıiletken yapıların modülasyon spektroskopisi ile incelenmesi
An investigation of semiconductor quantum well structures with modulation spectroscopy
Yazar: ÖMER DÖNMEZ
Danışman: PROF. DR. ÇETİN ARIKAN
İstanbul Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı / Katıhal Fiziği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2008
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering
Dizin: Kuantum kuyusu = Quantum well ; Spektroskopik yöntemler = Spectroscopic methods ; Yansıma katsayısı = Reflection coefficient ; Yarı iletkenler = Semiconductors

Özet:
Bu çalışmada, külçe ve düşük boyutlu heteroyapıların elektro-optik özellikleri oda sıcaklığında fotoyansıma yöntemiyle incelenmiştir. Fotoyansıma, modülasyon spektroskopisi yöntemlerinden biridir. Modülasyon spektroskopilerinin tipik karakteristiği türevimsi olduğundan, başka karakterizasyon yöntemleri ile zor gözlenen değişimler, bu ölçüm tekniğinde kolayca gözlenebilir.Çalışmada kullanılan deney düzeneğinin test edilmesi amacı ile ilk olarak çok çalışılmış olan külçe GaAs üzerinde ölçümler yapıldı. Yarıyalıtkan GaAs örneğinin oda sıcaklığında yapılan fotoyansıma ölçümleri sonucunda bant aralığı literatürdeki değeri ile de uyumlu olarak 1.42eV olarak bulunmuş ve böylece kurulan sistemin işlevselliği kanıtlanmıştır.GaAs/GaxAl1-xAs'den yapılan Ultra Bright Hot Electron Light Emitting and Lasing in Semiconductor Heterostructure (UB HELLISH) ve Vertical Cavity Surface Emitting Laser Hot Electron Light Emitting and Lasing in Semiconductor Heterostructure (HELLISH VCSEL) aygıtlarının oda sıcaklığında yapılan fotoyansıma ölçümleri sonucunda kavite rezonans dalga boyu yansıma ölçümleriyle uyumlu ve örnek üzerinde ölçüm yapılan yere bağlı olarak bulunmuştur. HELLISH VCSEL örneklerinin kavite rezonans dalga boyunun ölçüm yapılan yere bağlı olarak değişmesinin, büyütme tekniğinden veya Bragg yansıtıcı tabakalarının öngörülen parametrelere sahip büyütülemediğinden kaynaklandığı düşünülmüştür. Çünkü, yansıtıcı tabakalarının kalınlığının değişmesi yansıtıcılığını da değiştirmektedir.Bu çalışmada kullanılan diğer örnek UB HELLISH ise HELLISH VCSEL örneğinden farklı olarak, aktif bölgesinin üst bölgesinde yansıtıcı DBR tabakaları bulunmamaktadır. Yansıtma bandının içinde oluşan kavite rezonans dalga boyu UB HELLISH örneği için de konuma bağlı olduğu gözlenmiştir. Bu kaymanın sebebinin HELLISH VCSEL örneğinde de görülen neden ile aynı olduğu düşünülmüştür. UB HELLISH'in aktif bölgesinin etkin bant aralığı, yansıma sonuçlarıyla uyumlu olarak fotoyansıma yöntemiyle bulunmuştur.Elde edilen sonuçlar, aynı zamanda Distributed Bragg Reflector (DBR)'lerin sonlu kuantum kuyusu yaklaşımı ile kuramsal olarak modellemesinden elde edilen sonuçlarla beraber, Tartışma ve Sonuç bölümünde karşılaştırmalı olarak verilmiştir.

Abstract:
In this study, electro-optic properties of bulk semiconductor and low dimensional heterostructures were investigated by photoreflection method at room temperature. Photoreflection is one of the modulation spectroscopy methods. Because of derivative nature of modulation spectroscopy, the changes can easily be observed with this technique.In this study, bulk GaAs was chosen as a test sample and then as low dimensional structures HELLISH VCSEL and UB HELLISH samples were investigated.The aim of using the bulk GaAs was to test the experimental set-up. The band gap of semiinsulator GaAs which was measured by photoreflection method as 1.42 eV at room temperature. This value is consistent with the literature.At HELLISH VCSEL (Hot Electron Lasing and Light Emitting in Semiconductor Heterostructure Vertical Cavity Surface Emitting Laser) samples, the active region is sandwiched between Distributed Bragg Reflector (DBR) which is used as reflecting mirrors for vertical cavity lasers and the wavelength which is a dip value of the reflectivity spectrum, which is the cavity resonance value. This wavelength which depends on the growth parameters is determined at 830nm by using finite quantum well approximation. It is found that the measured cavity resonance wavelength depends on the position of sample where the reflection measurements taken. It is believed that the reason of this change is probably due to the growth technique of DBR layersAlthought, the other sample used in this work is different then the HELLISH VCSEL samples they also shows similar behavior for the reflection spectrum. Since, only difference is that the top DBR layers are removed in this sample, its emission intensity is very high (therefore, it is called as Ultra Bright HELLISH ). The effective band gap of the active region of UB HELLISH was determined to be consistent with the results of reflection