GaN tabanlı heteroeklem yapıların magnetotransport özellikleri

Abstract

Bu tez çalışmasında, AlGaN/AlN/GaN, AlInN/AlN/GaN ve AlInN/GaN/AlN/GaN heteroeklem yapılarda, 1,9?300 K sıcaklık aralığında, van der Pauw, 4 nokta Hall ölçümleri ve boyuna magnetodirenç ölçümleri gerçekleştirilmiştir.Ölçümler sonucunda, incelenen heteroeklem yapıların Hall taşıyıcı yoğunluğu, Hall mobilitesi, İki Boyutlu Elektron Gazı (2BEG) yoğunluğu ve kuantum mobilitesi bulunmuştur. Deneysel sonuçlar, örneklerin tabaka yapısının, magnetotransport özellikler üzerinde etkili olduğunu ortaya koymuştur. Bununla birlikte, AlInN/GaN/AlN/GaN yapısında bir örneğin magnetotransport özelliğine ilişkin literatürde çok az çalışma bulunması, sonuçların, örneklerin tabaka yapısı bakımından ele alınmasında etken olmuştur. Bu çerçevede, sonuçların ilk irdelemesinde, örneklerin magnetotransport özellikleri arasındaki farklılığın, örneklerin tabaka yapısına bağlı olarak değişen elektriksel kutuplanmadan kaynaklandığı ortaya konulmuştur.Çalışmanın son aşamasında, AlInN/AlN/GaN ve AlInN/GaN/AlN/GaN (GaN ara tabakası 2nm) örneklerde deneysel olarak bulunan 2BEG yoğunluklarına açıklık getirmek hedeflenmiştir. Bu amaçla; örneklerin 2BEG yükünü, katmanlardaki bağlı yükler ile yük nötürlemesi ve iletkenlik bandı değişimi üzerinden ilişkilendiren denge bağıntıları türetilmiştir. Denge bağıntıları kullanılarak, 2nm GaN ara tabakanın, 2BEG yoğunluğu üzerinde arttırıcı etkisi olduğu gösterilmiş ve böylece deneysel sonuç desteklenmiştir. Bu bağlamda, örneklerin 2BEG yoğunluğu ile kuantum kuyusu derinliği arasındaki ilişkiden, örneklerin ölçülen kuantum mobilitesine de açıklık getirilmiştir.

Van der Pauw, Hall and longitudinal magnetoresistance measurements were performed on AlGaN/AlN/GaN, AlInN/AlN/GaN and AlInN/GaN/AlN/GaN heterostructures at 1.9?300 K temperature range. The Hall carrier concentration, Hall mobility, Two Dimensional Electron Gas (2DEG) concentration and quantum mobility were determined from the measurements.The results indicate that the layer structure plays important role on the magnetotransport properties of the heterostructures. Hence, for time being, because of only few work of magnetotransport study existed in the literature for an AlInN/GaN/AlN/GaN heterostructure has also motivated this study in terms of layer structure. As a qualitative explanation, the difference of the polarization fields of the samples has been regarded as the cause of the results.In order to clarify the difference regarding the 2DEG concentrations between AlInN/AlN/GaN and AlInN/GaN/AlN/GaN (with 2nm GaN interlayer), balance equations for the samples based on the charge neutralization and energy-band profile of the layers has been derived. The balance equations made it obvious that the 2nm GaN interlayer has increasing effect on the 2DEG concentration. Hence, the difference of measured quantum mobilities of the samples was also explained in accordance with the relation of 2DEG concentration and quantum well depth.