AlxGa1-xN/GaN 2 boyutlu elektron gazının elektriksel ve optiksel özellikleri arasındaki ilişkinin incelenmesi

Abstract

ÖZET AIxGaı.xN/GaN heteroyapüardaki 2BEG -nin Elektriksel ve Optiksel karakterizasyonu Salih Tolga Bayrak Balıkesir Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Fizik Anabilim Dalı (Tez Danışmanı : Yrd. Doç. Dr Ali TEKE) Balıkesir, Kasım 2003 Bu çalışmada Modülasyon katkılı AlGaN/GaN heteroyapüarda gözlenen 2 Boyutlu Elektron Gazının (2BEG) elektriksel ve optiksel özellikleri incelenmiştir. Fotolüminesans çalışmalarıyla 2 BEG 'den kaynaklanan optiksel geçiş, sıcaklığa ve uyarım şiddetine bağlı olarak incelenmiştir. Bu teknikle, iletim bandındaki kuantize olmuş enerji düzeyleri ile valans bandındaki foto-uyanlmış deşikler arasındaki ışınsal tekrar birleşme olayı gözlenmiştir. FL spektrumundaki gözlenen bu pik, sıcaklık arttığında hızlı bir azalma göstermiştir ve 70 K civarında kaybolmuştur. Aynı zamanda uyarım şiddeti artırıldığında 2 BEG geçişiyle ilgili pik enerji konumunda maviye doğru bir kayma gözlenmiştir. Bunun sebebi de çok iyi bilinen taşıyıcıların perdeleme etkisidir. Elektriksel karakterizasyon için kullanılan teknik, sıcaklığa bağlı Hail etkisi ölçümleridir. Numunemiz, van der Pauw geometrisine sahiptir. İki önemli parametre, mobilite ve elektron konsantrasyonu detaylı olarak mcelenmiştir ve aynı zamanda yüksek ve düşük sıcaklıklarda mobiliteyi sınırlayan saçılma mekanizmaları tartışılmıştır. Bu ölçümler sonucu; düşük sıcaklıklar için ara yüzey pürüzlülüğü, dislokasyon ve alaşım saçılmasının, yüksek sıcaklıklar için ise LO fonon saçılmasının mobilite üzerindeki başlan mekanizmalar olduğu görülmüştür. AlGaN/GaN heteroarayüzeyinde 2 BEG oluştuğunun bir diğer kamu olarak numune elektriksel ve optiksel ölçümler için KOH ile dağlanmıştır (etching). Bu nedenle normal olarak büyütülen ve dağlanan numunelerin elektriksel ve optiksel özellikleri karşılaştırılmış ve elde edilen sonuçların bu çalışmada bahsedilen konuyu çok iyi desteklediği gözlenmiştir. ANAHTAR SÖZCÜKLER : AlGaN/GaN / GaN / 2 Boyutlu Elektron Gazı / Saçılma mekanizmaları / Fotolüminesans / MODFET ıı

ABSTRACT Electrical and optical characterization of 2DEG in AlGaN/GaN hetrostructure Salih Tolga Bayrak Balıkesir University, Institute of Science Physics Department (Supervisor: Yrd. Doç. Dr. Ali TEKE) Balıkesir, 2003 In this work, electrical and optical properties of a modulation doped 2- Dimensional Electron Gas (2-DEG) in AlGaN/GaN heterostructure was investigated. Optical transition arising from 2-DEG has been revealed by temperature and excitation dependent photoluminescence study. We observed a typical characteristic of the radiative recombination related to the transition between quantized energy levels in the conduction and foto-excited holes in valance band. This peak in PL spectra rapidly diminished as the temperature increases and disappeared at about 70 K. By increasing the excitation density blue-shift was also observed in peak energy position of the 2DEG related transition due to the well known screened effect of the carriers. Electrical characterization has been carried out by temperature dependent Hall effect measurements. The sample was fabricated in van der Pauw geometry. Two main parameters, mobility and electron concentration, was studied in detail and the scattering mechanisms limiting the electron mobility at low and high temperatures was also discussed. It is believed that the interface roughness, dislocation and alloy scattering was considered as the dominant mechanisms at low temperature, and together with LO phonon scattering at high temperatures. As a further proof for the formation of the 2-DEG in AlGaN/GaN heterointerface, the sample was etched by KOH for electrical and optical measurements. So, the comparison of both electrical and optical properties of the as-grown and etched samples demonstrated excellent correlation and strong support for the phenomena proposed in this work. KEY WORDS : GaN / AlGaN/GaN heterostructure / MODFET / 2 DEG / Scattering mechanisms / Photoluminescence m