Düşük boyutlu ferromanyetik alaşımların optoelektronik özelliklerinin kristal yönelimlerine bağlı olarak incelenmesi
Investigation of optoelectronic properties of low dimensional ferromagnetic semiconductor alloys with different crystal orientation
Yazar: SHEMSHAT KERIMOVA
Danışman: DOÇ. DR. ÖMER DÖNMEZ
İstanbul Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı / Katıhal Fiziği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Bu tez çalışmasında, optik özelliklerin kristal doğrultularına bağlı olarak değişimin belirlenmesi için, moleküler beam epitaxy (MBE) yöntemi ile (100), (110), (311)B ve (411)B doğrultularında GaAs yarı-yalıtkan alttaş üzerine büyütülmüş Mn'lı Ga0.999Mn0.001As/AlAs kuantum kuyulu ve Mn alaşımsız GaAs/AlAs kuantum kuyulu yarıiletkenler incelenmiştir. Optik geçiş enerjileri kuramsal olarak hesaplanmış ve fotoiletkenlik ve foto yansıtma deneysel
tekniklerinden elde edilen sonuçlarla karşılaştırılmıştır. Fotoiletkenlik ölçümlerinin yapılabilmesi için (100), (110), (311)B ve (411)B doğrultularında büyütülmüş Mn alaşımlı ve Mn alaşımsız tüm örnekler Hall Bar ve şerit kontak geometrisinde fabrikasyonları yapılmıştır. Hall olayı ölçüm sonucundan taşıyıcı konsantrasyonun optik geçiş enerjisini etkileyecek kadar büyük olmadığı belirlenmiştir. Bu yüzden optik geçişlerin hesaplanmasında Schrödinger
denkleminin çözülmesinin yeterli olacağı tespit edilmiştir. Deney sonuçları, kuramsal olarak hesaplanan olası optik geçiş enerjileri ile karşılaştırılarak analiz edilmiştir. AlAs/GaAs kuantum kuyusu örneklerin düşük sıcaklıkta büyütülmesinden dolayı, GaAs bant aralığından daha düşük enerjili optik geçişler gözlenmiştir. Optik bant aralığının kristal yönelimi ile değiştiği tespit edilmiştir. Mn'ın GaAs içerisine katılması ile bant aralığında kırmızıya kayma gözlnemiştir. Optik bant aralığının, kristal yönelimine Mn'sız AlAs/GaAs örneğine göre daha fazla bağlı olduğu
belirlenmiştir. Yerel enerji seviyelerinin optik geçiş üzerine etkisinin daha düzensiz olduğu gözlenmiştir. Örneklerin, kusurlar nedeniyle kompanse olmasından dolayı ferromanyetik etki gözlenememiştir. Hem Mn'sız hem de Mn'lı örneklerde, deneysel ve kuramsal hesaplama sonuçlarının birlikte analiz edilmesiyle; i) yüksek enerjili kuantize enerji seviyelerin geçişleri olduğu, ve ii) yasak geçişlerin veya indirek geçişlerin olabileceği tespit edilmiştir. Tez kapsamında yapılan çalışmalar İstanbul Üniversitesi Fen Fakültesi Fizik Bölümü bünyesinde yer alan Nano ve Optoelektronik Araştırma Laboratuvarında gerçekleştirilmiştir.

Abstract:
In these thesis optical properties of diluted magnetic semiconductor Ga0.999Mn0.001As/AlAs quantum well and Mn-free GaAs&AlAs quantum well structures grown by molecular beam epitaxy (MBE) on semi-insulating GaAs substrates with orientations (100 ), (110), (311)B and (411)B are investigated. Optical transition energies were theoretically calculated and compared with the results obtained from photoreflectance (PR) and photoconductivity (PC) experimental techniques.
Mn-free and Mn-containing samples, grown on (100 ), (110), (311)B and (411)B orientations, were fabricated in Hall Bar and simple bar geometry in order to make photoconductivity measurements. 
From the Hall measurements, it was concluded that the carrier concentration is not large enough to affect the optical transition energy. Therefore, it has been determined that solving the Schrödinger equation will be sufficient for the calculation of the optical transition.
The experimental results were analyzed by comparing them with theoretically calculated optical transition energies. Optical transitions below the bandgap of GaAs are observed due to the low-temperature growth of the AlAs/GaAs quantum well structures. It is found that the optical bandgap is almost dependent of the crystal orientation.
Introducing Mn into GaAs causes redshift of the bandgap.  The optical bandgap energy of the GaMnAs is more sensitive than Mn-free GaAs samples. The effect of the localized state on the optical transition is more random than the Mn-free samples. We do not detect the ferromangetic effect due to the compensation phenomena. 
Analyzing of experimental results with the theoretical calculation give i) high energy quantized states contribute optical transitions, and ii) forbidden or indirect transtion may contribute optical transitions.
The fabrication process was carried out at Advanced Lithography Laboratory/Istanbul University Science Faculty Physics Department. All measurements during this thesis, were carried out by using facilities of  Nano- and Optoelectronics Research Laboratories/Istanbul University Science Faculty.