XRD ters örgü uzayı kullanılarak, Williamson Hall yöntemiyle InGaN LED`lerin elastik özelliklerinin incelenmesi

Abstract

Bu tez çalışmasında, 650, 667 ve 700 oC aktif tabaka büyütme sıcaklıklarında MOCVD yöntemi ile büyütülen üç adet beş peryotlu InGaN/GaN LED yapısı çalışıldı. Bu yapılar c-yönelimli safir alttaş üzerine n-GaN ve p-AlGaN+GaN kontak arasında olacak şekilde, InGaN/GaN çoklu kuantum kuyu (MQW) olarak büyütüldü. Tüm örnekler için büyütme sürecinde basınç ve kaynakların akı oranları gibi tüm parametreleri sabit tutulmak suretiyle sadece InGaN aktif tabakanın büyütme sıcaklığı değiştirildi. Bu yapılar, HR-XRD sistemi ile karakterize edilip AFM yüzey görüntülerine bakıldı. Klasik HR-XRD analiz yöntemlerden farklı olarak ters örgü uzayı haritalaması yapıldı. Bu yöntemle birbiri içerisine girmiş olan InGaN, AlGaN ve GaN tabakalara pikler daha net bir şekilde görülerek Yarı maksimum tam genişlikleri olan FWHM ( βhkl) değerleri daha yüksek doğrulukla belirlendi. Ters örgü uzayı haritalaması ile elde edilen βhkl ve malzemenin evrensel elastik sabitlerini temel alan Williamson Hall yöntemiyle; numunelerin, D (nm) parçacık boyutu, σ (Gpa) uniform stress, strain, u (kJm-3) anisotropic enerji yoğunluğu parametreleri hesaplandı ve literatür ile karşılaştırıldı. Ayrıca hesaplanan parametrelerin doğruluğu hakkında fikir verebilmesi için numunelerin AFM yüzey görüntüleri alındı. Hesaplanan parametreler InGaN, GaN ve AlGaN tabakalar için farklı rejimler izlerken en büyük parçacık boyutu GaN tabakada en küçük ise AlGaN tabakada görüldü. Tüm hesaplanan parametreler için, artan büyütme sıcaklığına göre GaN tabakada artan AlGaN tabakada ise azalan, InGaN için ise artıp azalan ya da tersine bir davranış sergiledi. Sonuçların gösterdi ki; yapılan hesaplamalarla elde edilen bulgular literatür ile oldukça uyumludur. Hem Scharrer hemde W-H metodu ile elde edilen sonuçlar birbirine yakın, W-H metodları olan UDM, USDM ve UDEDM metodları birbirleri ile oldukça tutarlı sonuçlar verdi. Bu metodlar arasında da UDEDM metodu strain başta olmak üzere diğer parametrelerin hesabı için uygun bir metottur.

In this study, three samples of InGan/Gan LED structures with five periods grown by MOCVD method at 650, 667 and 700 oC active layer growth temperatures, were studied. These structures were deposited on safir with C-arion tetron as InGan/Gan multi-quantum well between n-Gan and p-AlGan+Gan contract layers. During growth all the parameters such as pressure and the flux ratio of the sources kept constant for all samples. Only the growth temperature of InGan active layer was changed. These structures were characterised by HR-XRD system. The surface morphology of the samples were examined by AFM. Reciprocal space maps were performed, unlike classical HR-XRD analysis method. By reciprocal space map method InGan, AlGan and Gan peaks which were combined together could be seen more clearly. Half maximum full width FWHW (βhkl) values were determined with a better accuracy by this method. Βhkl and the elastical constants yielded from reciprocal space mapping and by using Williamson Hall method, partical size D(nm), uniform stress σ(Gpa), strain ɛ, anisotropic energy density u(kjm-3) parameters of the samples were calculated and compared with literature. AFM images of the samples are examined in order to have an idea about the accuracy of the results of the calculations. Parameters calculated for InGan, Gan and AlGan layers followed different regimes. The biggest partical size was seen for Gan while the smallest was seen for AlGan. In general, values parameters for GaN increase and for AlGan decrease and for InGan firstly decrease later increase or showed inversely behavior with increasing growth temperature. It is seen that results gained by calculations are compatible with literature. Results gained from Scherres and WH methods are in accordance with each other. UDM, USDM and UDEDM methods in WH gave compatible results with each other. Among these methods, UDEDM is the most suitable one for determining strain and other related parameters.