Farklı alaşım aranlarında AlInGaN dörtlü yapıların transport özellikleri

Abstract

Bu tez çalışmasında, Metal Organik Kimyasal Buhar Biriktirmesi (MOCVD) yöntemiyle safir (Al2O3) alttaş üzerine iki farklı alaşım oranına sahip (A ve B kodlu) AlxInyGa1-x-yN/GaN heteroyapıların transport özellikleri incelendi. Sıcaklığa bağlı Hall etkisi ölçümü için örneklerin Van der Pauw geometrisinde fabrikasyonu yapıldı. Hall etkisi ölçümleri 12-350 K aralığında ölçüldü. Kısaca SPCEM olarak adlandırılan ayrıştırma yöntemi ile iki ve üç boyutlu iletim kanalları ayrıştırılarak sıcaklığa bağlı Hall mobiliteleri ve taşıyıcı yoğunlukları elde edildi. SPCEM ile ayrıştırılan İki Boyutlu Elektron Gazına ve bulk iletim kanalındaki taşıyıcılara ait Hall mobilitelerini sınırlayan saçılma mekanizmalarını incelemek için akustik fonon, optik fonon, alaşım, dislokasyon (üç boyutta) iyonize safsızlık (üç boyutta) ve ara yüzey pürüzlülüğü (IFR) gibi temel saçılmalar göz önüne alınarak deneysel sonuçlar yorumlandı. Bu yorumları desteklemek için incelenen örneklerin enerji bant profilleri, bağlı enerji seviyeleri ve dalga fonksiyonları ile birlikte taşıyıcı yoğunlukları 1-boyutta lineer olmayan kendi içinde uyumlu Schrödinger-Poisson denklemlerinin çözümlerini yapan Nextnano paket program ile simüle edilerek elde edildi. Örneklerin mobilite değerleri oldukça küçük (A örneği için 232 ve B örneği için 216 cm2/V.s) olduğu gözlendi. Her iki örnekte de mobiliteyi sınırlayan ana saçılma mekanizmasının IFR olduğu tespit edildi. A örneğinin mobilitesinin sıcaklık bağımlığı ağırlıklı olarak 2B transport davranışı gösterirken, B örneğinde özellikle düşük sıcaklıklarda bulk iletiminin toplam iletime katkısının olduğu görüldü.

In this thesis, transport properties of different alloy composition AlxInyGa1-x-yN/GaN two heterostructures (A and B codes) grown on sapphire (Al2O3) by Metal Organic Chemical Vapor Deposition (MOCVD) were investigated. Samples were fabricated in Van der Pauw geometry for temperature dependent Hall effect measurements. Hall effect measurements were taken between 12-350 K. Simple Parallel Conduction Extraction Method (SPCEM) was used to extract the temperature dependent mobilities and carrier densities of two dimensional (2D) and bulk (3D) channels. By using SPCEM results, experimental results were interpreted by considering basic scattering mechanisms acoustic phonons, optical phonons, alloy disorder, dislocation (for bulk), ionized impurity (for bulk) and interface roughness (IFR) scatterings that limits Hall mobility. In order to support these interpretations for investigated samples, the energy band profiles, coupled energy levels, wavefunctions and carrier densities were calculated by using Nextnano package program which solves 1 dimension nonlinear-consistent Schrödinger-Poisson equation. The mobility values of the samples were observed to be quite small (232 cm2/V.s for sample A and 216 cm2/V.s for sample B). In both samples, it was determined that the main scattering mechanism that limits mobility was the IFR. It was obserded that, temperature dependent of mobility of sample A was dominantly 2D transport behavior, while in sample B it was the total transport contribution of bulk transport, especially at low temperatures.