MOCVD yöntemi ile safir alttaş üzerine büyütülen GaN heteroyapılarının elektriksel ve yapısal karakterizasyonu

Bu tez çalışmasında, III-Nitrür temelli aygıtlarda kritik rol oynayan n-tipi, p-tipi ve katkısız GaN yapıları, Metal-Organik Kimyasal Buhar Biriktirme (MOCVD) yöntemi ile c-düzlemli (0001) safir alttaş üzerine büyütülmüştür. Büyütmeler sonrasında elde edilen örnekler Yüksek Çözünürlüklü X-Işını Kırınımı (HR-XRD), Foto-Lüminesans (PL), Optik Mikroskop ve Hall Etkisi Ölçüm Sistemi (HEMS) ile karakterize edilmiştir. GaN'ın safir alttaş ile arasındaki %16'lık örgü uyumsuzluğu dikkate alınarak filmin tamamında tekdüze, yüksek kristal kalitesine ve pürüzsüz yüzey morfolojisine sahip yapı elde edebilmek amaçlanmıştır. Bu doğrultuda kusur yoğunluğunu azaltabilmek için öncelikle desenlendirilmiş safir alttaş (PSS) kullanılmış ve büyütme parametrelerinde yer alan düşük V/III oranlı GaN büyütme adımı farklı sürelerde gerçekleştirilerek kristal kalitesine etkileri incelenmiştir. Bu etkilerin değerlendirilmesi için HR-XRD sistemi ile vida (screw) tipi ve karışım (mixed) tipi dislokasyon FWHM değerleri ve PL sistemi ile sarı lüminesans şiddetinin GaN şiddetine oranı (IYL/IGaN) belirlenmiştir. Kristal kalitesi en iyi olan örnek için bu değerler sırasıyla 248 arcsec, 236 arcsec ve 0,23 olarak bulunmuştur. GaN'ın doğası gereği n-tipi gibi davranmasından dolayı yüksek hol konsantrasyonuna sahip p-tipi GaN elde etmek zor olduğu için bir diğer çalışma olan p-GaN parametrik büyütme çalışması farklı Cp2Mg akışı oranları ile yapılarak en yüksek katkı seviyesini veren akış oranı belirlenmeye çalışılmıştır. Mg katkılama sonrası yapıda oluşan Mg-H bağlarını kırıp Mg atomlarını aktif hale getirmek için önce N2 ortamında reaktör içinde sonra da hızlı ısıl işlem fırını (RTP) ile farklı sıcaklıklarda harici olarak tavlama yapılmıştır. Elde edilen örneklerin HEMS sistemi ile hol konsantrasyonu, PL sistemi ile kusur yoğunluğu ve Optik Mikroskop ile yüzey morfolojisi incelenip; Cp2Mg akışı, tavlanma türü ve sıcaklığına göre kıyaslaması yapılmıştır. Bu kıyaslamaya göre katkı (dopant)/III oranı 0,65 ve tavlama sıcaklığı 800°C olan numune, hem yüzey kalitesi bakımından hem de 5,86E+17 cm-3 olan taşıyıcı yoğunluğu değeriyle en iyi numune olarak belirlenmiştir. Yüksek elektron konsantrasyonuna sahip n-tipi GaN elde etmek için, katkı kaynağı olarak SiH4 kullanılmıştır. Büyütmeden sonra HEMS sistemi ile elektron konsantrasyonu belirlenmiştir ve farklı SiH4 akışlarının doping seviyeleri üzerine etkileri gözlenmiştir. Sonuç olarak 80 sccm SiH4 akışı ile 1,078E+19 cm-3 seviyesinde taşıyıcı konsantrasyonu elde edilmiştir.