Improved Quality Non-polar III-Nitride Heteroepitaxial Films and Devices
İyileştirilmiş Kalitede Polar Olmayan III-Nitrür Hetero-epitaksiyel Filmler ve Cihazlar
- Tez No: 822798
- Danışmanlar: PROF. DR. STEVEN DENBAARS
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Fizik ve Fizik Mühendisliği, Metalurji Mühendisliği, Physics and Physics Engineering, Metallurgical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2006
- Dil: İngilizce
- Üniversite: University of California Santa Barbara
- Enstitü: Yurtdışı Enstitü
- Ana Bilim Dalı: Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Nanomalzeme Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 213
Özet
GaN ve bileşikleri c- yönünde büyütüldüklerinde polarizasyon alanından etkilenirler. Bu polarizasyon alanı“kuantum kısıtlamalı Stark etkisi”ile kuantum kuyularındaelektron ve boşluk dalga fonksiyonlarını birbirlerinden uzaklaştırarark taşıyıcı birleşme verimlerini düşürür ve ışıma dalgaboyunun değişmesine sebebiyet verirler. Polarizasyon alanına dik olan, polar olmayan, a- ve m- yönlerinde kristali büyüterek bu olumsuz etkilerden kurtulmak mümkündür. Fakat bu polar olmayan yönlerde büyüyen filmler yüksek kusur yoğunluklarından muzdariptir. Dolayısı ile bu polar olmayan yönlerde büyütülen cihaz yapıları zayıf elektriksel ve optik özelliklerde olurlar. Bu tezde bu iki sorun ele alınmıştır: Filmleri metalorganik kimyasal buhar biriktirme (MOCVD) yöntemi ile m- yönünde büyüterek polarizasyondan arındırma ve polar olmayan yönlerde büyüyen malzemeleri yüksek kusur yoğunluklarından yeni bir yöntem kullanarak (Duvarlardan yanal olarak epitaksiyel büyütme - SLEO) ile arındırma. Daha önceki çalışmalarda polar olmayan a-(11-20) düzleminde GaN filmleri yapılmıştı. Bu düzlemde büyüyen filmler büyütme koşullarına yüksek seviyede hassasiyet göstermekte idi, düşük basınçlarda ve kısıtlı öncül gas akış oranlarında limitli kalınmakta idi. Bu tezde, diğer bir polar olmayan düzlem olan m-(1-100) düzleminde GaN filmlerinin daha stabil ve büyütme koşullarındaki değişimleri karşı düşük hassasiyette oluşturulabileceğini gösterdik. Literatürde ilk kez cihaz yapılarında kullanılabilecek kalitede m-(1-100) düzleminde GaN filmleri 6H-SiC alttaşlar üzerine AlN ara katmanı kullanılarak MOCVD'de büyütüldü. SLEO adını verdiğimiz yeni bir teknik geliştirilerek polar olmayan filmlerdeki kusur yoğunlukları ciddi miktarlarda azaltıldı. Bu metod ile arayüzden gelen dislokasyon yoğunlukları üssel olarak 3-4 kat indirilerek ~106-107 cm-2 seviyelerine ve istif bozuklukları üssel olarak 1-2 kat indirilerek ~103-104 cm-1 seviyesine çekilebilmiştir. Bu iyileştirmeler ile büyütülen yüksek kaliteli GaN alttaşlar üzerine büyütülen cihazların performanslarında da iyileşme görülmüştür. Doğrudan karşılaştırma yapılabilmesi için GaN/Al0.15GaN 360 nm UV LED epitaksiyel yapıları, eş zamanlı yüklenen a-GaN, c-GaN ve SLEO a-GaN alttaşlar üzerine büyütülmüştür. Sonuç olarak; SLEO filmler, düz a- ve c-düzlemli GaN filmler üzerine büyütülen cihazlara göre, elektron hareketliliklerinde ~2-3x kat iyileşme, seri rezistans değerlerinde ~3x kat iyileşme, ve dışsal kuantum veriminde (EQE) ~100- 300x kat iyileşme göstermiştir.
Özet (Çeviri)
GaN and its compounds suffer from polarization fields when grown along the c- 0001 direction. These polarization fields result in poor carrier recombination efficiencies in quantum wells and shift in emission wavelength caused by the quantum confined stark effect due to spatial separation of the electron and hole wavefunction separation. It is possible to eliminate these effects by growing along one of the nonpolar directions, namely a- 1120 or m- 1100 , so that the polarization fields are normal to the growth direction. However films grown along these nonpolar directions suffer from high defect densities. Consequently, devices structures grown with these orientations suffer from poor electrical and optical characteristics. In this dissertation these two issues were addressed so as to eliminate the polarization fields by nonpolar growth along the m- 1100 direction with metalorganic chemical vapor deposition (MOCVD) and to effectively reduce the high defect densities in films grown along the nonpolar directions employing a new growth technique, sidewall lateral epitaxial overgrowth (SLEO). Previously, device-quality nonpolar a-(1120) plane GaN films were achieved. Growth along this plane however was extremely sensitive to changes in growth conditions and was limited to low pressures and restricted precursor flows. In this dissertation it was shown that nonpolar m-(1100)plane GaN films are more stable and less sensitive to changes in growth conditions. The first device-quality m- (1100) GaN films were then grown on m-plane 6H-SiC substrates with an AlN nucleation layer by MOCVD. A new technique, SLEO, was developed to effectively reduce defect densities in nonpolar films. Using this method it is possible to reduce threading dislocation (TD) densities by 3-4 orders of magnitude to ~106-107 cm-2 and stacking fault (SF) densities by 1-2 orders to ~103-104 cm-1. This would improve the performance of devices subsequently grown on these high quality templates. For direct comparison, GaN/Al0.15GaN 360 nm UV LEDs were grown on co-loaded planar a-GaN, planar c- GaN and SLEO a-GaN templates. Devices grown on nonpolar SLEO films demonstrated ~2-3x higher electron mobility, ~3x lower series resistance, and ~100- 300x higher EQE when compared with the planar nonpolar films.
Benzer Tezler
- Effect of pretreatment on liquefaction behaviour of coal
Önişlemlerin kömürün sıvılaşma davranımına olan etkisi
ZEYNEP ÇEPNİ ÇÖMLEKÇİ
- Lageos I ve lageos II için doğruluk analizi
Başlık çevirisi yok
GAYE KIZILSU
Doktora
Türkçe
1998
Jeodezi ve Fotogrametriİstanbul Teknik ÜniversitesiÖlçme Tekniği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MUHAMMET ŞAHİN
- Elektrik makinalarında uzay harmoniklerinin uzay fazörleri ile bilgisayar destekli analizi
Computer aided analysis of space harmonics in electrical machines by using space harmonics
DERYA AHMET KOCABAŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
1997
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. A. FAİK MERGEN
- Dual-curable textile adhesives for cord/rubber applications
Çift-kürlenebilen tekstil yapıştırıcılarının kord kumaş/kauçuk uygulamaları
ZEHRA YILDIZ
Doktora
İngilizce
2017
Polimer Bilim ve Teknolojisiİstanbul Teknik ÜniversitesiPolimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HACER AYŞEN ÖNEN
- Otomobil tampon boya hatlarında plazma yüzey aktivasyonu ile yüzey enerjisinin kontrolü ve uygulanabilirliğinin araştırılması
Investigation of the control and applicability of surface energy by plasma surface activation on automobile bumper paint lines
SEVİM GÖKÇE ESEN
Yüksek Lisans
Türkçe
2016
Mühendislik BilimleriSakarya ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. EKREM ALTUNCU