Mosaic Structure Analysis of InGaN / GaN LED Structures

Abstract

In this study, Mosaic structures of InGaN / GaN light emitting diode (LED) structures produced by MOCVD method were analyzed. The effect of the InGaN / GaN barrier layer deposited on the sapphire substrate on the mosaic structure characterized by high resolution X-ray diffraction (HR-XRD) method. Our aim is to increase the quality of the LED structure by taking advantage of the mosaic structure calculations. Today, LEDs have a large market in the industry for the reason that they have a wide use. In particular, GaN-based LEDs, such as InGaN, operate at higher power, temperature and frequency ranges than arsenic-based LEDs. But GaN-based LEDs still have high defect densities. For this reason, we performed mosaic structure analysis in our work. In our calculations, Vegard and William's Hall quasi-experimental methods were used. We can say that the composition is an important factor leading to the reduction of edge and screw type defects.

Keywords

• LED structures,mosaic structure analysis,XRD,MOCVD

InGaN/GaN LED Yapıların Mozaik Yapı Analizi

Öz

Bu çalışmada, MOCVD yöntemi ile üretilen InGaN/GaN ışık yayan diyot (LED) yapılarının mozaik yapıları analiz edildi. Safir alttaş üzerine biriktirilen,  farklı In kompozisyonuna sahip InGaN/GaN bariyer tabakasının mozaik yapı üzerine etkisi Yüksek Çözünürlü X Işını Kırınımı (HR-XRD) yöntemi ile karakterize edildi. Amacımız mozaik yapı hesaplarından yararlanarak LED yapısının kalitesini arttırmaktır. Günümüzde LED' lerin geniş bir kullanım alanına sahip olmasından dolayı sektörde büyük bir pazar payı bulunmaktadır. Özellikle InGaN gibi, GaN bazlı LED' ler arsenik bazlı LED' lerden daha yüksek güç, sıcaklık ve frekans aralıklarında çalışabilirler. Ancak GaN tabanlı LED' ler hala yüksek kusur yoğunluklarına sahiptir. Bu nedenle çalışmalarımızda mozaik yapı analizi yapıldı. Hesaplamalarımızda Vegard ve William Hall yarı deneysel metotları kullanıldı. Kompozisyonun, kenar ve vida türü kusurların azalmasına yol açan önemli bir faktör olduğunu söyleyebiliriz.

Anahtar Kelimeler

• LED yapılar,mozaik yapı analizi,XRD,MOCVD

References

1. Cho, H.K., Lee, J.Y., Yang, G.M., Kim, C.S., 2001. Appl. Phys. Lett. 79 (2), 215–217.
2. Colby, R., Liang, Z., Wildeson, I.H., Ewoldt, D.A., Sands, T.D., García, R.E., Stach, E.A., 2010. Nano, 10 (5), 1568–1573.
3. Chang, S.J., Lin, Y.C., Su, Y.K., Chang, C.S., Wen, T.C., Shei, S.C., Ke, J.C., Kuo, C.W., Chen, S.C., Liu, C.H., 2003. Solid-State Electron., 47 (9), 1539–1542.
4. S. Hu, S. Liu, Z. Zhang, H. Yan, Z. Gan, H. Fang, 2015. J. Cryst. Growth, 415, 72–77.
5. Özturk, M. K., Arslan, E., Kars, İ, Özcelik, S., Özbay, E., 2013. Mater. Sci. in Semi.Pro., 16, 83–88.
6. Arslan, E., Ozturk, M.K., Ozcelik, S., Özbay, E., 2009. Current Applied Physics, 9 (2), 472–477.
7. Huang, L., Liu, F., Zhu, J., Kamaladasa, R., Preble, E.A., Paskova, T., Evans, K., Porter, L., Picard, Y.N., Davis, R.F., 2012. J. Cryst. Growth, 347 (1), 88–94.
8. Hu, Y.-L., Krämer, S., Fini, P.T., Speck, J.S., 2012. Appl. Phys. Lett., 101 (11), 112102–112105.

9. Lobanova, A.V., Kolesnikova, A.L., Romanov, A.E., Karpov, S.Y., Rudinsky, M.E., Yakovlev, E.V., 2013. Appl. Phys. Lett., 103, 15.
10. Kars Durukan, İ., Öztürk, M.K., Çörekçi, S., Tamer, M., Baş, Y., Özçelik, S. and Özbay, E., 2017. J. Nanoelectron. Optoelectron. 12, 109-117.
11. Kars Durukan, İ., Öztürk, M, K., Özçelik, S., and Özbay, E., 2017. Politeknik Dergisi, 20(3), 531-536.
12. Leszczynski, M., Teisseyre, H., Suski, T., Grzegory, I.,Bockowski, M., Jun, J., Pakula, K., Baranowski, J.M., Foxon, C.T. and Cheng, T.S., 1996. Applied Physics Letters, 69,73.
13. Cho, S. I., Chang, K. and Kwon, M. S., 2007. Journal of Materials Science, 42, 3569–3572.
14. Harutyunyan, V.S., Aivazyan, A.P., Weber, E.R., Kim, Y., Park, Y., Subramanya S.G., 2001. Journal of Physics D: Applied Physics, 34, A35.
15. Kisielowski, C., Kruger, J., Ruvimov, S., Suski, T., Ager, J. W., Jones, E., Liliental-Weber, Z., Rubin, M., Weber, E. R., Bremser, M.D. and Davis, R. F., 1996. Physical review B, 54, 17745.
16. Kisielowski, C., 1999. Semiconductors and Semimetals, 57, 275-317.
17. Perry, W. G., Zheleva, T., Bremser, M. D., Davis, R. F., Shan, W. and Song, J. J., 1997. Journal of Electronic Materials, 26, 224.
18. Skromme, B. J., Zhao, H., Wang, D., Kong, H. S., Leonard, M. T., Bulman, G. E. and Molnar, R. J., 1997. Applied Physics Letters, 71, 829.
19. Cetin, S. S., Öztürk, M. K., Özcelik, S., Özbay, E., 2012. Crystal Research and Technology, 47, 824– 833.
20. Polian, A., Grimsditch, M. and Grzegory, I., 1996. Journal of Applied Physics, 79, 3343.
21. Kars Durukan, I., Akpinar, Ö., Avar, C., Gultekin, A., Öztürk, M. K., Özçelik, S., and Özbay, E., 2018. J. Nanoelectron. Optoelectron., 13, 331–334.
22. Metzger, T., Höppler, R., Born, E., Ambacher, O., Stutzmann, M., Stömmer, R., Schuster, M., Göbel, H., Christiansen, S., Albrecht, M. and Strunk, H.P., 1998. Philosophical Magazine a-Physics of Condensed Matter Structure Defects, 77,1013.
23. Williamson, G. K. and Hall, W. H., 1953. Acta Metallurgica, 1, 22.