Akademik Veri Yönetim Sistemi
TÜBİTAK Projesi, 2020 - 2023
Gunn olayına dayalı ışıma,
negatif diferansiyel direncin (Negative Differantial Resistance-NDR) gözlendiği
eşik değerinin üzerindeki elektrik alanlarda impakt iyonizasyon mekanizması ile
oluşan elektron – boşluk çiftlerinin banttan banda rekombinasyonudur. İlk kez
1960’lı yılların sonunda bulk (külçe) GaAs Gunn aygıtında yayılan yüksek alan
domenlerinden kendiliğinden ışıma gözlenmiştir. Sonrasında, n-tipi GaAs’ın
aktif bölgesini oluşturduğu ilk Fabry-Perot ve dikey kaviteli yüzey ışıması
yapan Gunn ışık yayan aygıtlar geliştirilmiş ve bu aygıtlardan 77K’de 830nm-850nm
aralığında ışıma gözlenmiştir. Gunn diyot tabanlı ışıma yapan aygıtlara dayalı
en son çalışma Al0.08Ga0.92As tabanlı dalga kılavuzlu ve
dalga kılavuzsuz Gunn aygıtları üzerinde olmuş ve bu aygıtlardan oda
sıcaklığında çizgi genişliği 35nm olan 806nm’de ışıma gözlenmiştir. Bu konuda
literatürdeki çalışmalar GaAs ya da AlGaAs tabanlı Gunn aygıtları ile
sınırlıdır.
Bu proje kapsamında Gunn
olayına dayalı olarak yaklaşık 1550nm ışıma yapan InGaAs tabanlı ışık yayan
aygıtlar ilk kez geliştirilecektir. Yalnızca tek tip katkılı yarıiletkenin
aktif bölgesini oluşturduğu ve elektrik alanın epitabakaya paralel uygulandığı Gunn
ışıma yapan aygıtlar bu özellikleriyle ileri yönde beslenen p-n ekleminden
oluşmuş klasik yarıiletken diyot tabanlı ışıma yapan aygıtlardan çok daha basit
bir yapıya sahip olup, her iki voltaj polaritesinde de çalışabilmektedirler. Aygıtın
aktif bölgesini InP altaş üzerine büyütülmüş olan n-tipi InGaAs epitabaka
oluşturacak olup, farklı katkı konsantrasyonlu yapılar katkı konsantrasyonunun
NDR, Gunn osilasyonlarının karakteristiği, aygıtın ideal çalışacağı elektrik
alanın belirlenmesi için kullanılacaktır. Işıma şiddetinin düşük NDR eşiği
elektrik alanında en yüksek şiddette olduğu ve kararlı Gunn osilasyonlarına
sahip olan katkı konsantrasyonuna sahip olan aygıt yapısı belirlendikten sonra,
bu yapılar dalgakılavuzu içerecek şekilde büyütülecektir. Dalgakılavuzu yapısı,
InGaAs epitakanın daha geniş bant aralıklı InAlAs ya da AlGaAs arasına
sandviçlendiği tasarımda olacaktır. Dalgakılavuzu kullanılarak yayılan
fotonların InGaAs tabakasında sınırlanıp, foton yoğunluğu arttırılarak daha
yüksek şiddette ve daha dar çizgi genişliğinde ışıma yapan aygıtlar üretilmesi
amaçlanmaktadır. Gunn diyotlarının karakteristikleri aygıt geometrisine
bağlılık gösterdiğinden, aygıtlar farklı kanal uzunluklarında (2mm-500mm) ve farklı
genişliklerde üretilecektir. InGaAs alaşımının bant aralığının belirlenmesi
için fotolüminesans, impakt iyonizasyonun oluştuğu elektrik alan değerlerini
belirlemek ve Gunn osilasyonlarını gözlemek üzere pulslı Akım-Voltaj ölçümleri,
aygıtın ışıma yaptığı dalga boyunu ve elektron sıcaklığını belirlemek için elektrolüminesans,
ışımanın gerçekleşeceği eşik elektrik alanını belirlemek için ışıma şiddeti-elektrik
alan ölçümleri ve taşıyıcı mobiliteleri ile taşıyıcı konsantrasyonlarını
belirlemek için Hall Olayı deneyleri yapılacaktır.
Çalışmada kullanılacak olan
yapılar Sivas Cumhuriyet Üniversitesi Nanofotonik Uygulama ve Araştırma
Merkezi’nde MOCVD sistemi ile büyütülecektir. Aygıtların fabrikasyonu ve
karakterizasyonu İstanbul Üniversitesi Fizik Bölümü Nano ve Optoelektronik
Araştırma Laboratuvarları’nda yapılacaktır.
Projenin 30 ayda
tamamlanması hedeflenmektedir. Proje süresince bir yüksek lisans ve iki doktora
öğrencisine burs verilmesi amaçlanmaktadır. Proje sonucunda elde edilecek
bulguların SCI kapsamındaki dergilerde yayınlanma olasılığı ve aygıtların
patent alma olasılığı çok yüksek olup, proje önerisi InGaAs tabanlı Fabry-Perot
ve yüzey dikey kaviteli InGaAs tabanlı Gunn laserlerin yerli ve milli kaynaklarla geliştirilmesi
kapsamında yeni projelerin oluşturulması için de temel teşkil edecek
niteliktedir.