III-N-V ve III-Bi-V yarı iletken alaşımlarda elektronik transport

Abstract

Çalışma kapsamında, n- ve p-tipi modülasyon katkılı Ga0.68In0.32NyAs1-y/GaAs tek kuantum kuyulu alaşımlar ile n- ve p-tipi modülasyon katkılı GaAs1-xBix/Al0.15Ga0.85As tek kuantum kuyulu alaşım yarıiletkenlerin elektronik transport özellikleri incelenmiştir.Bu çalışmada incelenen Ga0.68In0.32NyAs1-y/GaAs alaşımı için elektriksel özellikler malzemenin katkı tipine, azot miktarına ve büyütme sonrası ısıl işlem süresine bağlı olarak incelenmiştir. Yüksek hızlı akım-voltaj (I-V) ölçümleriyle n- ve p- tipi Ga0.68In0.32NyAs1-y/GaAs modülasyon katkılı yapılarda taşıyıcıların sürüklenme hızı, taşıyıcı sıcaklığı ve taşıyıcıların sürüklenme mobilitesi sonuçları elektrik alana, azot konsantrasyonuna ve sıcaklığa bağlı olarak belirlenmiştir. Düşük ve yüksek manyetik alanlarda yapılan magnetotransport ölçümleriyle ise Ga0.68In0.32NyAs1-y/GaAs yarıiletkeninin transport parametreleri ve spin-yörünge etkileşim özellikleri belirlenmiştir.Çalışma kapsamında incelenen modülasyon katkılı n- ve p- tipi GaAs1-xBix/Al0.15Ga0.85As kuantum kuyulu yarıiletken, bu alaşım grubu için literatürdeki ilk modülasyon katkılı yapıdır. Bu yapı için optik ve elektriksel özellikler sıcaklığa bağlı olarak belirlenmiştir. Fotolüminesans ölçümleriyle 30 K – 300 K sıcaklıkları arasında malzemenin sıcaklığa bağlı bant aralığı değişimi tespit edilmiştir. Hall ölçümleriyle ise GaAs1-xBix/Al0.15Ga0.85As alaşımının 77 K – 300 K aralığında sıcaklığa bağlı taşıyıcı konsantrasyonu ve taşıyıcı mobilitesi değişimi incelenmiştir.Tez çalışmasında incelenen tüm örnekler, MBE yöntemiyle Tampere Teknik Üniversitesi Optoelektronik Araştırma Merkezi tarafından büyütülmüştür. Tüm örnekler elektriksel karakterizasyon için Hall bar ve basit bar şeklinde hazırlanmıştır. Bu hazırlama sürecinde tüm örneklerin fabrikasyonunda fotolitografi yöntemi kullanılmıştır ve bu işlem İstanbul Üniversitesi Nano- ve Optoelektronik Araştırma Laboratuvarları bünyesinde bulunan İleri Litografik Yöntemler Laboratuvarı'nda gerçekleştirilmiştir. Elektriksel karakterizasyon yapılan tüm ölçümler ise yine İstanbul Üniversitesi bünyesinde bulunan Nano ve Optoelektronik Araştırma Laboratuvarı ile Yüksek Elektrik Alan ve Düşük Sıcaklık Laboratuvarında gerçekleştirilmiştir.

In this thesis, electronic transport properties of modulation doped n- and p- type Ga0.68In0.32NyAs1-y/GaAs and GaAs1-xBix/Al0.15Ga0.85As single quantum well structures have been studied.Nitrogen composition and doping type dependence and thermal annealing effects on electronic transport properties have been investigated on Ga0.68In0.32NyAs1-y/GaAs quantum well structures. High speed I-V measurements are used to determine carrier saturation velocity, carrier temperature and carrier mobility depending on electric field, nitrogen composition and temperature. Using low and high magnetic field magnetotransport measurements, electronic transport parameters such as phase and spin coherence time, elastic scattering time, spin-orbit interaction-related parameters etc. are determined.The investigated n- and p-type modulation doped GaAs1-xBix/Al0.15Ga0.85As quantum well structures is a new structure in the literature. Optical and electrical properties of n- and p-type modulation doped GaAs1-xBix/Al0.15Ga0.85As are investigated as a function of the effective band gap of the samples is determined by using photoluminescence measurements, between 30 K and 300 K. Temperature dependence of carrier mobility and carrier density are obtained by Hall measurements between 77 K and 300 K. All samples were grown by MBE and designed in both Hall bar and simple bar geometry using conventional photolithography technique. Metallization quality was investigated by cross-section scanning electron microscope and electron energy dispersive spectroscopy. All samples were grown by MBE at Optoelectronic Research Center (ORC) of Tampere Technique University, Finland.The fabrication process was carried out at Advanced Lithography Laboratory of Nano- and Optoelectronics Research Laboratories. All measurements during this thesis, were performed at Nano- and Optoelectronics Research Laboratories and at High Magnetic Field and Low Temperature Laboratory.