GaN/AlGaN 2 boyutlu elektron gazında düşük alan mobilitesi üzerine ara yüzey düzensizlik saçılmasının etkisi

Abstract

Bu çalışmada, GaN / AlGaN heteroeklemli yapıda ara yüzeyde oluşan iki boyutlu elektron gazındaki elektron Hail mobilitesinin sıcaklığa bağımlılığı ile ilgili deneysel ve teorik çalışmalar sunulmuştur. Numune, safir üzerine Moleküler Beam Epitaxy (MBE) tekniği ile büyütülmüştür. Hail ölçümleri Van der Pauw geometrisine sahip numuneler kullanılarak yapılmıştır. 3.8 K'de deneysel mobilite değeri 0.085 m2/V.s'dir. Bu değerin 45 K' e kadar hemen hemen sabit kaldığı, daha sonra da 300 K' de 0.017 m2/V.s değerine hızla düştüğü gözlenmiştir. Elektronun Hail mobilitesi üzerine saçılma mekanizmalarının etkisini incelemek için akustik fonon, optiksel fonon, iyonize olmuş safsızlık saçılmaları ile ara yüzey pürüzlülüğünden (IFR) kaynaklanan saçılmalar göz önüne alınarak deneysel sonuçlarla birlikte yorumlanmıştır. Bu karşılaştırmadan, yüksek sıcaklıklarda optik fonon ve ara sıcaklık değerlerinde akustik fonon saçılmasının baskın olduğu gözlenmiştir. Düşük sıcaklıklarda ise Hail mobilitesi, iyonize safsızlık ve ara yüzey pürüzlülüğü saçılmalarının her ikisi tarafından sınırlanmaktadır. Bu nedenle de mobiliteyi etkileyen IFR saçılma parametreleri olan ara yüzey düzleminde düzgün oranda sapma uzunluğu (A) ve ortalama sapma (A) değerleri de düşük sıcaklık mobilitesine fit edilerek bulunmuştur.

In this work, the results of experimental and theoretical studies concerning the temperature dependence of electron Hall mobility in a two- dimensional electron gas (2DEG) confined at the GaN/AIGaN interface was reported. Sample was grown using Moleculer Beam Epitaxy (MBE) process on sapphire substrate. Hall measurements were carried out using Van der Pauw geometry samples. Experimental mobility is 0.085 m2/V.s at 3.8 K. This value remains almost constant up to lattice temperature 45 K, it then decreases rapidly down to about 0.017 m2/V.s at 300 K. The experimental results are discussed using a theoretical model that takes into scattering mechanisms, acoustic phonon, optical phonon, ionised impurity and interface roughness contributing to determine the Hall mobility of electrons. The optical phonon scattering is the dominant mechanism at high temperatures and the acoustic phonon scattering is dominant at the intermediate temperatures. At low temperatures, the Hall mobility is confined by. both the interface roughness (IFR) and ionised impurity scattering. Due to the parameters of IFR, correlation length (A) and lateral size (A) have been determined by fitting low temperature mobility.