Kızılötesi algılamada kullanılan kendiliğinden oluşan InAs/GaAs kuantum nokta yapıların MBE tekniğiyle büyütülmesi ve karakterizasyonu

Abstract

Bu tez kapsamında, tek katman ve çok katman InAs/GaAs kuantum nokta yapıların moleküler demet epitaksi sistemi ile büyütülmesi ve karakterizasyonları yapılmıştır. Kuantum nokta yapıların, fotolüminesans (PL) spektrumunda görülen enerji seviyelerinin belirgin ve daha iyi tanımlanması amacıyla büyütme parametrelerinin değiştirildiği grup örnekler büyütülerek kuantum nokta büyüme kinetikleri incelenmiştir. Malzeme miktarı ve büyütme sıcaklığı başta olmak üzere büyütme koşullarının sistematik olarak değiştirildiği tek katman örnekler büyütülmüştür. Başta PL tekniği olmak üzere farklı tekniklerin kullanılmasıyla kuantum noktaların yoğunlukları, dağılımları, büyüklükleri belirlenmiştir. PL ölçümleri ile kuantum noktaların enerji seviyeleri belirlenerek, büyüklükleri ve dağılımları hakkında yapılan çıkarımlar diğer tekniklerden elde edilen sonuçlarla doğrulanmıştır. En düzgün (homojen) kuantum nokta büyüklük dağılımı, InAs malzeme miktarının 2,5 ML olduğu, 490 °C sıcaklıkta 0,11 ML/s büyüme oranı ile büyütülen örnekte elde edilmiştir. Büyüme oranının 0,14 ML/s olması durumunda, benzer özellikte kuantum noktalar oluşturabilmek için koşulların yeniden iyileştirilmesi gerekmiştir. Aynı malzeme miktarı (2,5 ML) için 505 °C büyütme sıcaklığında daha küçük ama benzer büyüklük dağılım düzgünlüğünde kuantum nokta oluşumu sağlanmıştır. Ayrıca büyütme sonrasında tavlama işlemi yapılarak kuantum noktaların enerji seviyelerinin ayarlanabilirlikleri gösterilmiştir. Aktif bölgesinde bulunan InAs QD katman sayısının değiştirildiği çok katman kızılötesi foto-algılayıcı yapılar büyütülmüş, aygıt haline getirilerek PL, tayfsal fototepki ve karanlık akım ölçümleri yapılmıştır. Üretilen fotodiyotlarda, katman sayısının artmasıyla, diyot üzerinden geçen akımın azaldığı ve tayfsal fototepki sinyalinde iyileşme olduğu gösterilmiştir. Kızılötesi algılama dalgaboyunda ayarlama yapabilmek için büyütme sonrasında farklı sıcaklıklarda tavlanarak üretilen fotodiyotlarda, tavlama sıcaklığınınartmasıyla, fototepki sinyalinin daha küçük enerji bölgesine kaydığı ve diyot üzerinden geçen akımın arttığı gözlenmiştir.