Çoklu kuantum kuyuları

Çoklu kuantum kuyuları, III- grubu nitrit LED ve LASER yapılarda kullanılır. Literatürde InGaN/GaN MQW’ler hakkında yayın çoktur. Bunlar, yeşil, mavi ve UV ledlerde büyük iç kuantum verimleriyle kullanılır. InGaN ve AlGaN’ta da kullanılır. UV salıcılarda bu yapılar popülerdir. Süper örgüdeki saçılma, saçılmaya optik açıdan bakarak anlaşılabilir. Burada kalınlık saçaklarının sayısı tekrarlamanın sayısıyla ilişkilidir. SQW’ler gibi MQW’lerde üç faktörle karakterize edilebilir. Bileşik (X), kalınlık (tw) ve bariyer kalınlığı (tb).

MQW’lerden X-ışını verisini elde etmek daha kolaydır. Çünkü toplam kalınlık daha büyüktür. Bu kalınlık X-ışını verilerini sıkıştırır ve şiddeti artırır. Ek olarak, bu modelden yola çıkarak verilerin nasıl etkilendiği açıklanabilir. 10 tekrarlı AlGaN/GaN MQW’ler için

w-2θ taraması Şekil 2.24’de gösterilmiştir [182]. SQW’ler için olduğu gibi 0. Dereceden piki içeren saçılma modeli, süper örgünün içinde ortalama bileşikle hareket eder. Bu kuyuların ve bariyerlerin bileşikleriyle ilgilidir.(dw-db). Aynı zamanda kalınlıklarıyla da ilişkilidir(tb-tw) ve bu dar aralıklı bir pik verir.

𝑑_𝑎𝑣𝑇 = 𝑑_𝑏𝑡_𝑏+ 𝑑_𝑤𝑡_𝑤 (2.50)

Bölüm 2. 3 ‘de verilen denklemleri kullanarak, toplam tekrar kalınlığı T=tw+tb süper örgü piklerinin açısal ayrılmasından elde edilir. Daha yakın yerleşmiş ortalama pikler toplam kalınlığı verir [183]. Daha az tekrarlamalı bir MQW yapı, daha geniş kalınlık saçakları ve süper örgü piklerine sahiptir. Pikler yüzey pikine göre daha az şiddetli olurlar ve daha az süper örgü piki arka plan kirliliğinden ayırdedilebilir. Bu yüzden çok tekrarlamalı MQW yapıların analizi daha kolaydır. Daha kalın qw’ler ve yüksek iç yapılı MQW’ler gibi.

Optoelektronik cihaz yapılarının çoğunluğu 5-10 tekrarlamalı MQW’ler içerir. Çizelge 2.13 bir MQW’nin kırılma profili veya süper örgü yapısının üzerinde farklı parametrelerin etkilerini özetler.

Şekil 2.25. Açık bir dedektörle elde edilen AlGaN-GaN MQW’ ye ait w taraması

Veriler genellikle 0002 yansımasının w-2θ taramalarından elde edilir. Çünkü şiddet yüksektir ve daha fazla SL piki dedekte edilebilir. 0002’deki w-2θ taramalarının pik pozisyonları bileşik ve gerilim farklılıklarından kaynaklanan birim hücre parametresi değişimlerine daha az duyarlı olmasına rağmen bu geçerlidir [184]. Şekil 2.25 hem büyük açılı kırınım hem de düşük açılı yansıma verilerinin simülasyonunu gösterir. Bunlar bir dizi

InGaN/GaN MQW’lerin %5-25 X, kalınlık oranı R(tw/tb)2-4, tekrar kalınlığı T(100 Å) ve 10 tekrarlamanın hesaplanması girişimden önce elde edilmiştir. Pik pozisyonları hem X’e hem R’ye bağlı olarak değişir. SQW’ler için olduğu gibi X, tw, tb’nin kombinasyonlarındaki küçük farklılıklar için yapılan simülasyonlar aynı MQW verilerine uyabilir. Eğer veriler küçük bir açı aralığında elde edildiyse bu geçerlidir. (3 derece veya 6 derece, 2θ). SL piklerin ilgili şiddetleri bir zarf fonksiyonuyla belirlenir. Bu fonksiyon temelde R’ye bağlıdır. Zarf fonksiyonunun minimumu eksik SL piki verir. Bunlar büyük açı aralığında elde edilen kırınım vektörlerinden elde edilir.(6-7 derece(w)-12-14 derece(2θ)) gibi. Eksik SL piklerinin pozisyonları R’ye bağlıdır. Bu zayıf ve yüksek dereceden SL pikleri açık bir dedektörle w-2θ taramalarından ölçülebilir. Arka plan saçılmasını önlemek için bir yarık kullanılır. Küçük kalınlık saçakları dağılsa da Sl piklerinin ilgili şiddetleri korunabilir. Deneysel verilerde mimimumun açıkça görüldüğü yerde, R, verileri bir dizi simülasyonla kıyaslayarak bulunabilir. Tarama geniş aralıkta olmalı, pik şiddetleri yüksek olmalı ve iki minimum arasında en az bir SL piki daha dedekte edilmiş olmalıdır. Sonuç olarak bileşik X, bütün pik pozisyonlarını kullanarak belirlenebilir. Simülasyon en iyi modeli oluşturduğunda, en iyi modelden küçük farklılıkları olan daha ileri simülasyonlar belirsizliklerin tahmin edilmesine yardım eder. Küçük açık yansıma verisinde de minimum gözlenebilir. Onların yaklaşık şiddetleri sadece R’ye bağlıdır ve bileşikten bağımsızdır. Bir dizi simülasyon örnek parametrelerini belirlemek için kullanılabilir (Şekil 2.25). Bu SQW’ler için kullanılan yaklaşıma benzerdir ve eğer SL piki şiddetleri düşükse MQW’ler için faydalıdır [185].

Yansıma verileri R’deki değişimlere daha az duyarlıdır ve eğer örnek çok pürüzlüyse düşebilir, bu yüzden büyük açılı w-2θ taramaları eğer şiddetler yeterliyse daha iyidir. Bu şiddetler çoklu ve yüksek dereceden SL piklerinin dedekte edilmesine müsaade eder. R bir kez güvenli olarak bulunduğu zaman X, tw ve tb simule edilmiş veriyi, merkez bölgenin ikinci bir w- 2θ taramasına uyarlayarak bulunabilir. Bu InGaN ve AlGaN için gösterilmiştir [186].

Yüksek bir saçılma kontrastı için eksik SL pik pozisyonları bileşikten fark edilir şekilde etkilenir hale gelir. O zaman veriler bir dizi modelden faydalanarak daha kolay simule edilebilir. Bu modeller, 0. Dereceden SL pikinin tam pozisyonunu vermesi için farklı alaşım bileşikleri ve kalınlıklarını içerir. Bunlardan sonra R’ye uydurmak için minimum saçılma zarfında tekrar kullanılır. Alternatif olarak, önceki metot kullanılabilir. Önceki metot farklı alaşım bileşiklerinin hesaplamaları yapıldığı zaman geçerlidir. İkincil iyon kütle spektrometresi gibi diğer bir metot veya siklatron radyasyonu kullanan anormal X-ışını

saçılması X’i bulmak için kullanılabilir. Ya da tw ve tb’yi bulmak için Rutherford saçılması kullanılır. Genelde birçok QW yapısı tam gerilmiştir ve ölçülmüş dhkl’den gerilmenin etkilerini kaldırmak için uygun esneklik sabitleri gerekir. Bütün QW diliminin ortalama bileşiğini elde edebilmek için bu gereklidir. Eğer çift eksenli gerilme yoksa X yanlış olur.

Düşük gerilmeler için, bir simetrik veya asimetrik pikten bulunan sıfırıncı dereceden pik önceden bahsedildiği gibi işlem görebilir. Bu ortalama bir bileşik için gereklidir. Buradan R belirlendiğinde alaşım bileşiği elde edilebilir. Daha büyük gevşemelerde diğer faktörler hesaba katılmalıdır. Değişik bir yaklaşımda w-2θ taramalarının eksenini Å^-1’e dönüştürmektir. Bu dönüşüm bölüm 2.3 teki bağıntılar kullanılarak yapılır. Sonra Fourier dönüşümü verilere uygulanır. Bu dönüşümde piklerin periyodikliklerini verir. Ama, verilerin yüksek kaliteli ve geniş aralıkta olma gerekliliği, III-grubu nitritler için bu yaklaşımı uygunsuz yapar.

Çizelge 2.13. QW’lerin ve süper örgülerin w-2θ kırınım taramalarını ve küçük açılı yansıma taramalarını etkileyen faktörler.

Faktör w-2θ taramaları Yansıma

QW’lerin ve bariyerlerin bileşiği(x) Sıfırıncı dereceden ve SL pik pozisyonları ve şiddetleri

Pik şiddetleri

Tekrar kalınlığı T=tb+tw Sıfırıncı dereceden ve SL pik pozisyonları ve şiddetleri

Pik pozisyonları ve şiddetleri

Tekrarların azalan sayısı Bütün piklerin genişlemesi (alttaş piki hariç)

Bütün piklerin genişlemesi

Tekrarların azalan sayısı İyi girişim saçaklarının sayısı İyi girişim saçaklarının sayısı Kalınlık oranı(R=tb/tw) SL minimumlarının pozisyonu Zayıf piklerin pozisyonu Toplam kalınlık (MQW’ler ve

süperörgüler)

Saçak aralığı Saçak aralığı

Kuyu-bariyer saçılma faktörü Pik şiddetleri ve SL şiddetlerindeki asimetri

Pik şiddetleri

Pürüzsüz ve difüze arayüzler Daha yüksek dereceden gözlenebilir SL pikleri

Artan 2θ ile şiddet kaybı

Bileşik veya kalınlık değişimi Pik genişlemesi Pik genişlemesi

MQW tekrar kalınlık değişimi Artan mesafe ile SL genişlemesi artar Artan 2θ ile pik genişlemesi artar Bileşik sınıflandırılması Daha yüksek dereceden SL piklerinin

şiddetinde düşme

Yüksek dereceden piklerin şiddetinde düşme

Kristal kusurları Pik genişlemesi Önemli bir etki yok

Tabaka yığınının alt kısmında tekrar kalınlık farkı

Hafif pik genişlemesi Daha yüksek 2θ’larda pik aralığı farkı