Gan Tabanlı Heteroyapıların Sıkı Bağlanım Kuramı

Abstract

Grup III-Nitrit’ler çinko sülfür yapıda doğrudan band aralığına sahip olup yarıiletkenlerin yeni bir sınıfını oluşturur. Bunlar geniş band aralıkları, termal iletkenlikleri ile bilinir. Bu özelliklerinden dolayı grup III-Nitrit’ ler ve bunların ikili ve üçlü alaşım tabanlı heteroyapıları mavi ötesi (ultraviolet) optoelektroniğinde ve yüksek güç ve yüksek sıcaklık elektroniğindeki cihaz uygulamalarında kullanılan yarıiletken alaşımlar olarak ortaya çıkar. Özellikle AlGaN/GaN ve InGaN/GaN heteroyapıları, teknolojik önemleri kadar ilginç fiziksel özelliklerinden dolayı da dikkat gerektiren konular arasındadır.Heteroyapıların bütününü oluşturan yarıiletkenlerin elektronik band yapıları arasındaki fark, heteroarayüzeylerdeki iletim ve değerlik potansiyel enerji engelleri ile verilmiştir. Optoelektronik cihazların çalışma prensiplerini anlamak ve performanslarını tayin edebilmek için heteroyapı enerji band yapısının, özellikle heteroyüz iletkenlik ve değerlik bandlarda oluşan bu potansiyel enerji engellerinin tasarımı son derece önemlidir. Bu tezin kapsamı içinde, GaN tabanlı heteroyapıların arayüzeylerinde oluşan enerji engellerinin sıkı bağlanım kuramı ile tasarımı incelenmiştir. Bu kuramın içeriği; komşu atomların p-yörüngelerinin dik olmaması, p-yörüngelerinin atomik spin yörünge ayrışması ve yörüngeler arasındaki etkileşim matris elementini tanımlamak için reel band yapı hesaplamalarının uygunluğudur. Bu model; sıcaklık, basınç ve gerilmenin fonksiyonu olarak grup III-Nitrit heteroyapıların enerji band engellerini tanımlamak için önerilir.

Group III-Nitrides and their alloys form a new class of semiconductors, all of which have direct bandgaps in zincblende structure. They are known to have a large bandgap and thermal conductivity. Due to these properties, group III-Nitrides and their binary/ternary alloys based heterostructures have emerged as some of the most promising semiconductor compounds for device applications in blue-violet optoelectronics, high temperature and high power electronics. Especially the AlGaN/GaN and InGaN/GaN heterostructures have been the subject of interest because of their interesting physical properties as well as their technological importace. The difference between the electronic band structures of constituent semiconductors of a heterojunction is accomodated by the offsets in the conduction and valance band energy levels at heterointerface. Modeling of the band offsets is important for understanding the operating principles of optoelectronic devices and their performances. In this thesis, tight binding modeling is used to model the band offset of GaN based heterostructures. The model includes the nonorthogonality of the p-orbitals of adjacent atoms, atomic spin-orbit splittings of the p-orbitals with the Hartree-Fock atomic term values and linear fitting to real band structure calculations to determine interacting matrix element between the orbitals. This model is proposed to determine the band offsets of group III-nitride heterostructure as a function of temperature, pressure and strain.