Geniş yasak enerji aralıklı sıcak elektron lazer ve ışın yayıcı yarıiletken hetero-yapılar

Abstract

Bu çalışmada, InGaN/GaN çoklu kuantum kuyu yapısının, sıcak elektron etkisi ile ışıma yapan bir aygıt olan sıcak elektron ışın yayıcı ve lazer heteroeklem (Hot-Electron Light emission and Lasing In Semiconductor Heterostructures, HELLISH) aygıtı olarak çalışması incelendi. InGaN/GaN heteroeklem yapısı safir alttaş üzerine n ve p-tipi GaN tabakalarının arasına, n-tipi GaN içerisine aktif InGaN kuantum kuyu sisteminin yerleştirilmesi şeklinde tasarlandı. İndiyum oranı 0,16 olan dört kuantum kuyulu InGaN/GaN heteroeklem yapısı İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi Nanoteknoloji Araştırma Merkezi tarafından Metal Organik Kimyasal Buharlaştırma sistemi kullanılarak büyütülmüştür. Fabrikasyon aşamaları İstanbul Üniversitesi bünyesinde bulunan İleri Litografik Yöntemler Laboratuvarı'nın olanakları kullanılarak gerçekleştirildi. p-n ekleminde doğrusal olmayan bir potansiyel dağılımı oluşturabilmek için Top-Hat HELLISH (THH) geometrisinde, iki farklı boyutta InGaN/GaN THH aygıtı üretimi yapıldı. Aygıtların karakterizasyonları İstanbul Üniversitesi Nano-Optoelektronik Araştırma Laboratuvarı'nda yapıldı. THH aygıtlarının bünyesinde bulunan klasik ışık yayan diyot (LED) yapılarında akım-voltaj, voltaja bağlı ışık şiddeti ve dalgaboyu değişimine göre elektrolüminesans şiddeti ölçümleri gerçekleştirilerek, çalışma voltajı, ışıma gücü ve ışıma dalgaboyları gibi aygıt parametreleri elde edildi. THH aygıtlarında ise akım-elektrik alan, dalgaboyuna bağlı elektrolüminesans şiddeti değişimi ve elektrik alan-ışık şiddeti ölçümleri oda sıcaklığında yapıldı ve çalışma elektrik alanı, ışıma gücü ve ışıma dalgaboyları parametreleri belirlendi. Elde edilen tüm bulgular literatürdeki benzerleriyle karşılaştırılarak değerlendirildi.

In this work, multiple quantum well structure of InGaN/GaN is investigated as a device utilizing Hot-electron Light emission and Lasing In Semiconductor Heterostructures (HELLISH). A heterojunction structure is designed based on active InGaN quantum well placed in the n-type GaN region sandwiched by the n- and p-type GaN layers. Four quantum well structure of InGaN/GaN heterojunction where the Indium ratio is 0.16, has been fabricated via Metal Organic Chemical Vapor Deposition in Universty of Ihsan Doğramacı Bilkent, Nanotechnology Research Center (NANOTAM). The other stages of the device fabrication have been realized in the of Advanced Lithography Laboratories/Istanbul University Science Faculty Physics Department. In order to create an anisotropic potential distribution of the heterojunction, it is aimed to fabricate InGaN/GaN THH devices along two different directions in Top-Hat HELLISH (THH) geometry. The characterizations of devices have been performed in Nano-Optoelectronic Research Laboratories/Istanbul University Science Faculty. In this thesis, it is presented the results of I-V, photovoltaic, and electroluminescence characteristics of the Light Emitted Diode structures within the THH devices. The parameters such as working voltage, emission power, and wavelength of emitted radiation has been obtained. Besides, it is determined the parameters, i.e., working electric field, wavelength-dependent electroluminescence based on the acquired current-electric field, electric field-emission power characteristics, and electroluminescence spectrum. Here, it is presented a comprehensive analysis of measurements and device characteristicsother similar devices presented in the literature.