Modülasyon katkılı GaInNAs/gaas kuantum kuyusu yapıların optik ve elektriksel özelliklerinin incelenmes
Investigation of optical and electrical properties of modulation doped gainnas/GaAs quantum well structures
Yazar: FAHRETTİN SARCAN
Danışman: DOÇ. DR. AYŞE EROL
İstanbul Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı / Katıhal Fiziği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2012
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Bu çalışmada, n- ve p- tipi modülasyon katkılı Ga_0.68 In_0.32 N_y As_(1-y)/GaAs tek kuantum kuyulu yapıların optik ve elektriksel özellikleri, alaşım içerisindeki azot oranına, büyütme sonrası ısıl işlem süresine ve örgü sıcaklığına bağlı olarak incelendi.Optik özelliklerin belirlenmesi için 30 ile 300K sıcaklık aralığında fotolüminesans ölçümleri yapıldı. Alaşım içerisindeki azot konsantrasyonuna ve büyütme sonrası ısıl işlem süresine bağlı olarak bant aralıklarının sıcaklığa bağlı değişimleri deneysel olarak gözlemlendi ve sıcaklığa bağlı bant aralığı değişimlerine Varshni fitleri yapılarak termal genleşme katsayıları, Debye sıcaklıkları ve 0K'deki bant aralıkları belirlendi.Elektriksel karakterizasyon için 10 ile 300K sıcaklık aralığında klasik Hall ölçümleri yapılarak taşıyıcı konsantrasyonu ve taşıyıcı mobilitesi belirlendi. Seyreltik azotlu III-V grubu alaşım yarıiletkenlerdeki en yüksek boşluk mobilitesi elde edildi. p-tipi örneklerde literatürde ilk kez olmak üzere tüm örneklerin sıcaklığa bağlı mobilite değişimleri analitik hesaplarla fit edilerek hangi sıcaklık bölgesinde hangi saçılma olaylarının baskın olduğu ve alaşım içerisindeki azotun taşıyıcı transportuna etkisi incelendi.p-tipi örneklerde 6.1 ile 16K sıcaklık aralığında magnetotransport ölçümleri yapılarak Shubnikov-de Haas osilasyonları gözlemlendi. SdH osilasyonlarının genliklerinin örgü sıcaklığıyla değişimleri incelenerek, etkin boşluk kütleleri, kuantum mobiliteleri, kuantum yaşam ömürleri ve Dingle sıcaklıkları belirlendi. Ayrıca SdH osilasyonlarının genliklerinin örgü sıcaklığıyla ve uygulanan elektrik alanla değişimleri karşılaştırılarak, uygulanan elektrik alanın fonksiyonu olarak taşıyıcı sıcaklıkları belirlendi.Elde edilen tüm deneysel ve analitik bulgular literatürle karşılaştırılarak yorumlandı.

Abstract:
The main purpose of this study is to investigate optical and electrical properties of n- and p-type modulation doped Ga_0.68 In_0.32 N_y As_(1-y)/GaAs QWs depending on nitrogen content in the alloy composition, thermal annealing time and lattice temperature.The optical properties of the samples were investigated using photoluminescence technique at temperatures between 30K and 300K. The shift in the band gap of the samples with increasing temperature were experimentally observed as a function of nitrogen content of alloy and thermal annealing time. The temperature dependent PL emission energy was fitted with Varshni equation in order to determine some physical parameters such as thermal expansion coefficent, Debye temperature and the band gap of the samples at 0K.The electrical properties, such as carrier concentration and Hall mobility, were determined by Hall measurements at temperatures between 10K and 300K. The highest hole mobility was reported on the literature of dilute III-V materials. The results of the temperature dependence of Hall mobility coupled with theory to determine the dominant scattering mechanishms at low, intermediate and high temperatures in n- and p-type Ga_0.68 In_0.32 N_y As_(1-y). This is the first and unique study on determination of scattering mechanisms of p-type samples that was performed in reported studies literature. The effect of the nitrogen content on transport properties was also deeply investigated.The magnetotransport measurements were carried out at temperatures between 6.1K and 16K. Electronic transport such as quantum mobility, quantum lifetimes ( ? q), Dingle temperature, effective mass of holes in p-type modulation-doped Ga_0.68 In_0.32 N_y As_(1-y)/GaAs quantum well are calculated by analyzing the change of amplitudes of Shubnikov-de Haas oscillation with lattice temperature. The electron temperature was found by analyzing the change in amplitudes of Shubnikov-de Haas oscillation with different lattice temperature and applied electric field.