Polar ve polar olmayan doğrultularda büyütülen GaN tabakaların optik özellikleri

Abstract

Bu çalışmada, biri polar diğeri ise polar olmayan doğrultularda büyütülen GaN tabakaların optik özellikleri incelenmiştir. GaN tabakalar Metal Organik Kimyasal Buhar Depolama tekniği ile safirin c- ve a- düzlemleri üzerine büyütülmüştür. Yapıların optik özelliklerini incelemek için Kararlı-Hal Fotolüminesans tekniği kullanılmıştır. Her iki örneğin 8K fotolüminesans (FL) spektrumlarında eksitonik geçişlere ek olarak safsızlıklara ve yerel kusurlara bağlı geçişlerde gözlenmiştir. Ayrıca, GaN ve alt taş arasındaki termal genleşme katsayısı ve örgü uyuşmazlığının sebep olduğu GaN filmlerde ki yerel zorlamalardan dolayı enerji pozisyonlarında maviye kayma gözlenmiştir. Düşük sıcaklık spektrumlarında gözlenen farklı emisyon bantlarının doğasını netleştirmek için fotolüminesans ölçümleri 8-300 K sıcaklık aralığında yapılmıştır. Gözlenen optik geçişlerin pik enerjileri, şiddetleri ve çizgi genişlikleri sıcaklığın fonksiyonu olan ampirik fit denklemleri ile detaylı olarak incelenmiştir. Elde edilen fit parametreleri literatürde kabul görmüş mevcut çalışmalar ile karşılaştırılmıştır. Sonuç olarak, incelenen her iki örneğin sıcaklığa bağlı fotolüminesans spekturumları benzer özellikler göstermiş olup, literatürde yapılan çalışmalar ile uyum içinde oldukları tespit edilmiştir.

In this work, GaN layers grown on polar and nonpolar directions are investigated. The layers were grown by Metal Organic Chemical Vapor Deposition on c- and a-plane sapphire substrates. Steady-State Photoluminescence technique was used to characterize optical properties of the structures. In both samples, similar emission lines related to impruties and native defects in addition to excitonic transitons were observed in 8 K Photoluminescence (PL) spectra. Moreover, blue-shift in energy position were observed due to residual strain in GaN films induced by the mismatch of lattice constants and thermal expansion between GaN epitaxial layers and substrates. In order to clarify the nature of the different emission bands in the whole spectra, temperature dependence of PL measurments was carried out between 8 and 300 K. The tempureture behavior of PL peak energy, peak intensity and full width at half maximum were analysed with fit equations. Fit parameters obtained from fit equations were compared with literature and confirmed that fit values are in a good agreement with those studies.