III-V nitrür bileşik yarıiletkenlerin: Nanoyapılarının ve aygıt uygulamalarının incelenmesi
Investigation of III-V nitride compound semiconductors: nanostructures and device applications
Yazar: AHMET EMRE KASAPOĞLU
Danışman: PROF. DR. EMRE GÜR
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı / Katıhal Fiziği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Amaç: Bu çalışmada GaN nanotelleri silisyum ve InGaN/GaN LED' leri safir altlıklara farklı büyütme şartlarında kaplama yaparak latis uyumsuzluğundan kaynaklı kusurların azaltılması ve bu kusurların InGaN/GaN LED'lerin verim etkilerinin incelenmesi ve verim düşüşüne neden olabilecek sebeplerin araştırılması amaçlanmıştır.
Yöntem: Bu çalışmada kullanılan GaN nanoteller ve InGaN/GaN kuantum kuyulu LED' ler MBE ve MOCVD metodları kullanılarak kaplamalar yapılmış. Daha sonra InGaN/GaN kuantum kuyulu LED'ler foto litoğrafi ve termal buharlaştırma cihazları kullanılarak aygıt uygulamaları elde edilmiştir. 
Bulgular: Yapılan testler sonucunda silisyum altlık üzerine büyütülen GaN nanotellerin sıcaklığın etkisi ile boylarında ve çaplarına değişim görülmüştür. Bu değişimler nanotellerin kristal yapılarının iyileşmesi üzerine önemli bulgular sağlamıştır. Ayrıca, InGaN/GaN 10 kuantum kuyulu LED'lerin 5 kuantum kuyulu InGaN/GaN LED' lere göre düşük akım yoğunluklarında verim artışı ve yüksek akım yoğunluklarında verim düşüşünün düşük seviyelerde olduğu gösterilmiştir. Sonrasında elde edilen geleneksel LED fabrikasyonu yerine yansıtıcı yüzeyli Karşıt LED 1 yapısının kuantum veriminde artış gözlemlenmiştir. LED yapılarında elde edilen elektro lüminesans ve foto lüminesans ölçümlerinde elde edilen LED yapısının aktif bölge yapısına karşılık gelen dalga boylarında kızıla kayma gözlemlenmiştir. Sıcaklığa bağlı fotolüminesans sonuçlarıda LED yapılarının kuantum kuyu sayısı artışı ile kızıla kaymanın olduğu görülmüştür.
Sonuç: Galyum nitrür gibi bulk olarak elde edilemeyen yumuşak malzemelerin silisyum ve safir altlık üzerine başarılı bir şekilde büyütülmesi ve iyileşmelerin görülmesinin yanında LED geometrisi ve metal kontakların seri direnci verim düşüşü etkilerini azaltmaya yönelik olumlu sonuçlar gösterilmiştir.

Abstract:
Purpose: In this study, GaN nanowires were coated on silicon and InGaN/GaN LEDs on sapphire substrates under various growth conditions to mitigate defects arising from lattice mismatch. The aim was to investigate the impact of these defects on the efficiency of InGaN/GaN LEDs and explore the reasons that could lead to efficiency loss.
Method: In this study, GaN nanowires and InGaN/GaN quantum well LEDs were coated using MBE and MOCVD methods. Subsequently, device applications of InGaN/GaN quantum well LEDs were achieved through the utilization of photolithography and thermal evaporation equipment.
Findings: As a result of the tests conducted, changes in the length and diameter of GaN nanowires grown on a silicon substrate have been observed due to the effect of temperature. These changes have provided significant findings related to the improvement of the nanowires' crystal structures. Furthermore, it has been demonstrated that InGaN/GaN 10 quantum well LEDs exhibit an increase in efficiency at low current densities compared to 5 quantum well InGaN/GaN LEDs, and the efficiency decrease at high current densities is at low levels. Subsequently, an increase in quantum efficiency has been observed in the reflective-surface Opposite LED 1 structure as opposed to traditional LED fabrication. Redshift in the wavelength corresponding to the active region structure of the LED has been observed in electroluminescence and photoluminescence measurements obtained from LED structures. Temperature-dependent photoluminescence results have also shown a redshift with an increase in the number of quantum wells in the LED structures.
Results: Materials like gallium nitride, which cannot be obtained in bulk form, have shown positive results in terms of successful growth on silicon and sapphire substrates, along with observed enhancements. Additionally, positive outcomes have been achieved in reducing the efficiency-decreasing effects of LED geometry and serial resistance of metal contacts.